DE112020001263T5

DE112020001263T5 - Detektionsvorrichtung

Info

Publication number: DE112020001263T5
Application number: DE112020001263.8T
Authority: DE
Inventors: Takashi Nakamura; Makoto Uchida; Masahiro Tada; Marina MOCHIZUKI; Hirofumi Kato; Akio Takimoto; Takao Someya; Tomoyuki Yokota
Original assignee: University of Tokyo NUC; Japan Display Inc
Current assignee: University of Tokyo NUC; Japan Display Inc
Priority date: 2019-04-17
Filing date: 2020-04-15
Publication date: 2021-12-02
Also published as: JP7255818B2; JPWO2020213621A1; WO2020213621A1; US20220037410A1; JP2023083277A; CN113711376A

Abstract

Eine Detektionsvorrichtung enthält eine Photodiode und einen Dünnschichttransistor, der einen Ausgangsweg der Photodiode öffnet und schließt. Der Dünnschichttransistor enthält eine Halbleiterschicht, die auf eine Seite einer lichtblockierenden Schicht näher bei der Photodiode gestapelt ist, und eine Elektrodenschicht, die zwischen die Halbleiterschicht und die Photodiode gestapelt ist und in der eine Source-Elektrode und eine Drain-Elektrode des Dünnschichttransistors ausgebildet sind. Die Source-Elektrode erstreckt sich bis zu einer Position, die der lichtblockierenden Schicht zugewandt ist, wobei die Halbleiterschicht dazwischen eingefügt ist.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Detektionsvorrichtung.
Hintergrund
Es sind optische Sensoren, die ein Fingerabdruckmuster und/oder ein Venenmuster detektieren können, bekannt (z. B. Patentliteratur 1).
Liste der Entgegenhaltungen
Patentliteratur
Patentliteratur 1: Japanische Patentanmeldung, Offenlegungsschrift Nr. 2009-032005
Zusammenfassung
Technisches Problem
Wenn ein Dünnschichttransistor verwendet wird, um die Ausgabezeitsteuerung des optischen Sensors zu steuern, ist eine Lichtblockierung erforderlich, um die Fehlfunktionen zu verringern, die durch einen photovoltaischen Effekt eines Halbleiters verursacht werden. Um jedoch lichtblockierende Schichten auf beiden Seiten mit dem dazwischen eingefügten Halbleiter bereitzustellen, erhöht sich die Anzahl der Herstellungsprozesse nur für das Bilden der lichtblockierenden Schichten. Deshalb ist eine Technik erforderlich, um eine derartige Zunahme der Zahl der Herstellungsprozesse zu beschränken.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Detektionsvorrichtung zu schaffen, die mit einer Konfiguration zum Blockieren von Licht für einen Dünnschichttransistor unter Verwendung weniger Herstellungsprozesse versehen werden kann.
Lösung des Problems
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Detektionsvorrichtung: eine Photodiode; und einen Dünnschichttransistor, der konfiguriert ist, einen Ausgangsweg der Photodiode zu öffnen und zu schließen. Der Dünnschichttransistor enthält: eine Halbleiterschicht, die auf einer Photodiodenseite einer lichtblockierenden Schicht gestapelt ist; und eine Elektrodenschicht, die zwischen die Halbleiterschicht und die Photodiode gestapelt ist und in der eine Source-Elektrode und eine Drain-Elektrode des Dünnschichttransistors ausgebildet sind. Die Source-Elektrode erstreckt sich bis zu einer Position, die der lichtblockierenden Schicht zugewandt ist, wobei die Halbleiterschicht dazwischen eingefügt ist.
Figurenliste

1 ist eine Draufsicht, die eine Detektionsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht.
2 ist ein Blockschaltplan, der ein Konfigurationsbeispiel der Detektionsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
3 ist ein Stromlaufplan, der die Detektionsvorrichtung veranschaulicht.
4 ist ein Stromlaufplan, der mehrere Teildetektionsbereiche veranschaulicht.
5A ist ein vergrößertes schematisches Konfigurationsdiagramm eines Sensors.
5B ist eine Q-Q-Schnittansicht nach 5A.
6 ist eine graphische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einer Wellenlänge und einem Umsetzungswirkungsgrad des auf eine Photodiode einfallenden Lichts schematisch veranschaulicht.
7 ist eine graphische Darstellung der Zeitsteuerungs-Signalform, die ein Betriebsbeispiel der Detektionsvorrichtung veranschaulicht.
8 ist eine graphische Darstellung der Zeitsteuerungs-Signalform, die ein Betriebsbeispiel während einer Leseperiode in 7 veranschaulicht.
9 ist eine erklärende graphische Darstellung zum Erklären einer Beziehung zwischen dem Ansteuern des Sensors und den Beleuchtungsoperationen der Lichtquellen in der Detektionsvorrichtung.
10 ist eine erklärende graphische Darstellung zum Erklären einer Beziehung zwischen dem Ansteuern des Sensors und den Beleuchtungsoperationen der Lichtquellen gemäß einer ersten Modifikation der ersten Ausführungsform.
11 ist eine Seitenansicht, die eine Beziehung zwischen dem Sensor und den ersten und den zweiten Lichtquellen der Detektionsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform schematisch veranschaulicht.
12 ist eine weitere Seitenansicht, die die Beziehung zwischen dem Sensor und den ersten und den zweiten Lichtquellen der Detektionsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform schematisch veranschaulicht.
13 ist eine schematische Ansicht, die eine beispielhafte Positionsbeziehung zwischen den zweiten Lichtquellen, dem Sensor und einem Blutgefäß in einem Finger veranschaulicht.
14 ist eine schematische Ansicht, die mehrere Positionen in der Photodiode veranschaulicht, die beispielhaft festgelegt sind, wenn ein ebener Detektionsbereich, der durch mehrere der Photodioden ausgebildet ist, die so vorgesehen sind, dass sie dem Finger zugewandt sind, in einer Draufsicht betrachtet wird.
15 ist eine graphische Darstellung, die Beispiele für die zeitlichen Änderungen der an den in 14 veranschaulichten Positionen erfassten Detektionssignale veranschaulicht.
16 ist ein Zeitdiagramm zum Erklären einer Beziehung zwischen einer vorgegebenen Periode und einer durch eine Brennpunktverarbeitung identifizierten Ausgabe von der Photodiode.
17 ist ein Ablaufplan, der einen beispielhaften Verarbeitungsablauf zum Ausgeben von Pulswellendaten in der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
18 ist eine schematische graphische Darstellung zum Erklären der Steuerung der Pulswellendatenerfassung auf einer Grundlage eines Gruppenbereichs.
19 ist eine weitere schematische graphische Darstellung zum Erklären der Steuerung der Pulswellendatenerfassung auf einer Grundlage eines Gruppenbereichs.
20 ist eine erklärende graphische Darstellung, die Beispiele der Mittelwertbildungsverarbeitung der Ausgaben von den Teildetektionsbereichen veranschaulicht.
21 ist ein Ablaufplan, der einen beispielhaften Verarbeitungsablauf zum Ausgeben der Pulswellendaten in einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
22 ist ein Ablaufplan, der einen beispielhaften Verarbeitungsablauf zum Ausgeben der Pulswellendaten in einer dritten Ausführungsform und einer vierten Ausführungsform veranschaulicht.
23 ist ein Ablaufplan, der einen beispielhaften Ablauf einer Anfangsverarbeitung nach 22 veranschaulicht.
24 ist ein Ablaufplan, der einen beispielhaften Verarbeitungsablauf der Positionsverschiebungsbehandlung nach 22 in der dritten Ausführungsform veranschaulicht.
25 ist ein Ablaufplan, der einen beispielhaften Verarbeitungsablauf der Positionsverschiebungsbehandlung nach 22 in einer Modifikation der dritten Ausführungsform veranschaulicht.
26 ist ein Ablaufplan, der einen beispielhaften Verarbeitungsablauf der Positionsverschiebungsbehandlung nach 22 in der vierten Ausführungsform veranschaulicht.
27 ist ein Ablaufplan, der einen beispielhaften Verarbeitungsablauf der Positionsverschiebungsbehandlung nach 22 in einer Modifikation der vierten Ausführungsform veranschaulicht.
28 ist eine schematische Ansicht, die ein Hauptkonfigurationsbeispiel einer Detektionsvorrichtung in einer am Handgelenk tragbaren Form veranschaulicht.
29 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel der Detektion eines Blutgefäßes durch die in 28 veranschaulichte Detektionsvorrichtung veranschaulicht.
30 ist eine graphische Darstellung, die ein Konfigurationsbeispiel veranschaulicht, bei dem eine Linse zwischen dem Finger und dem Sensor vorgesehen ist.
31 ist eine schematische graphische Darstellung, die ein Hauptkonfigurationsbeispiel eines Gegenkapazitätssensors veranschaulicht.
32 ist eine schematische graphische Darstellung, die ein Hauptkonfigurationsbeispiel eines Eigenkapazitätssensors veranschaulicht.
33 ist eine graphische Darstellung, die ein Anordnungsbeispiel des Sensors der an einem Halstuch angebrachten Detektionsvorrichtung veranschaulicht.
34 ist eine graphische Darstellung, die ein Anordnungsbeispiel des Sensors der an der Kleidung angebrachten Detektionsvorrichtung veranschaulicht.
35 ist eine graphische Darstellung, die ein Anordnungsbeispiel des Sensors der an einer Klebefolie angebrachten Detektionsvorrichtung veranschaulicht.

Beschreibung der Ausführungsformen
Das Folgende beschreibt Arten (Ausführungsformen) zum Ausführen der vorliegenden Erfindung bezüglich der Zeichnungen ausführlich. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Beschreibung der im Folgenden angegebenen Ausführungsformen eingeschränkt. Die im Folgenden beschriebenen Komponenten enthalten jene, die durch die Fachleute auf dem Gebiet leicht vorstellbar sind, oder jene, die zu jenen im Wesentlichen völlig gleich sind. Überdies können die im Folgenden beschriebenen Komponenten geeignet kombiniert werden. Die Offenbarung ist lediglich ein Beispiel, wobei die vorliegende Erfindung selbstverständlich geeignete Modifikationen umfasst, die durch die Fachleute auf dem Gebiet leicht vorstellbar sind, während der Hauptpunkt der Erfindung aufrechterhalten wird. Um die Beschreibung weiter zu verdeutlichen, veranschaulichen die Zeichnungen in einigen Fällen z. B. die Breiten, Dicken und Formen verschiedener Teile im Vergleich zu deren tatsächlichen Aspekten schematisch. Sie sind jedoch lediglich Beispiele, wobei die Interpretation der vorliegenden Erfindung nicht darauf eingeschränkt ist. Dasselbe Element, das in einer Zeichnung veranschaulicht ist, die bereits erörtert worden ist, wird in der Beschreibung und in den Zeichnungen durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet, wobei dessen ausführliche Beschreibung in einigen Fällen gegebenenfalls nicht wiederholt wird.
Erste Ausführungsform
1 ist eine Draufsicht, die eine Detektionsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 1 veranschaulicht ist, enthält eine Detektionsvorrichtung 1 ein Sensorbasiselement 21, einen Sensor 10, eine Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15, eine Signalleitungsauswahlschaltung 16, eine Detektionsschaltung 48, eine Steuerschaltung 122, eine Leistungsversorgungsschaltung 123, ein erstes Lichtquellenbasiselement 51, ein zweites Lichtquellenbasiselement 52, wenigstens eine erste Lichtquelle 61 und wenigstens eine zweite Lichtquelle 62.
Eine Steuerplatine 121 ist durch eine flexible Leiterplatte 71 elektrisch an das Sensorbasiselement 21 gekoppelt. Die flexible Leiterplatte 71 ist mit der Detektionsschaltung 48 versehen. Die Steuerplatine 121 ist mit der Steuerschaltung 122 und der Leistungsversorgungsschaltung 123 versehen. Die Steuerschaltung 122 ist z. B. ein feldprogrammierbare Gatteranordnung (FPGA). Die Steuerschaltung 122 führt dem Sensor 10, der Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 und der Signalleitungsauswahlschaltung 16 Steuersignale zu, um eine Detektionsoperation des Sensors 10 zu steuern. Die Steuerschaltung 122 führt den ersten Lichtquellen 61 und den zweiten Lichtquellen 62 Steuersignale zu, um das Ein- und Ausschalten der ersten Lichtquellen 61 und der zweiten Lichtquellen 62 zu steuern. Die Leistungsversorgungsschaltung 123 führt Spannungssignale, die z. B. ein Sensorleistungsversorgungssignal VDDSNS (siehe 4) enthalten, dem Sensor 10, der Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 und der Signalleitungsauswahlschaltung 16 zu. Die Leistungsversorgungsschaltung 123 führt außerdem eine Leistungsversorgungsspannung den ersten Lichtquellen 61 und den zweiten Lichtquellen 62 zu.
Das Sensorbasiselement 21 weist einen Detektionsbereich AA und einen Randbereich GA auf. Der Detektionsbereich AA ist ein Bereich, der mit mehreren Photodioden PD (siehe 4) versehen ist, die im Sensor 10 enthalten sind. Der Randbereich GA ist ein Bereich zwischen dem äußeren Umfang des Detektionsbereichs AA und den Enden des Sensorbasiselements 21 und ist ein Bereich, der die Photodioden PD nicht überlappt.
Die Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 und die Signalleitungsauswahlschaltung 16 sind im Randbereich GA vorgesehen. Spezifisch ist die Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 in einem Bereich des Umfangsbereichs GA vorgesehen, der sich entlang einer zweiten Richtung Dy erstreckt, während die Signalleitungsauswahlschaltung 16 in einem Bereich des Umfangsbereichs GA vorgesehen ist, der sich entlang einer ersten Richtung Dx erstreckt und zwischen dem Sensor 10 und der Detektionsschaltung 48 vorgesehen ist.
Die erste Richtung Dx ist eine Richtung in einer Ebene parallel zum Sensorbasiselement 21. Die zweite Richtung Dy ist eine Richtung in einer Ebene parallel zum Sensorbasiselement 21 und ist eine Richtung orthogonal zur ersten Richtung Dx. Die zweite Richtung Dy kann die erste Richtung Dx schneiden, ohne orthogonal zu ihr zu sein. Eine dritte Richtung Dz ist eine Richtung orthogonal zur ersten Richtung Dx und zur zweiten Richtung Dy und ist die Normalrichtung des Sensorbasiselements 21.
Die ersten Lichtquellen 61 sind auf dem ersten Lichtquellenbasiselement 51 vorgesehen und sind entlang der zweiten Richtung Dy angeordnet. Die zweiten Lichtquellen 62 sind auf dem zweiten Lichtquellenbasiselement 52 vorgesehen sind entlang der zweiten Richtung Dy angeordnet. Das erste Lichtquellenbasiselement 51 und das zweite Lichtquellenbasiselement 52 sind durch die Anschlüsse 124 bzw. 125, die auf der Steuerplatine 121 vorgesehen sind, mit der Steuerschaltung 122 und der Leistungsversorgung 123 elektrisch gekoppelt.
Als die ersten Lichtquellen 61 und die zweiten Lichtquellen 62 werden z. B. anorganische Leuchtdioden (LEDs) oder organische Elektrolumineszenz- (EL-) Dioden (organische Leuchtdioden) (OLEDs) verwendet. Die ersten Lichtquellen 61 und die zweiten Lichtquellen 62 emittieren ein erstes Licht L61 bzw. ein zweites Licht L62 (siehe z. B. 11), die voneinander verschiedene Wellenlängen aufweisen. Das erste Licht L61 und das zweite Licht L62 weisen voneinander verschiedene Wellenlängen der maximalen Emission auf. Der Begriff „Wellenlänge der maximalen Emission“ bezieht sich auf eine Wellenlänge, die die maximale Emissionsintensität in einem Emissionsspektrum aufweist, das eine Beziehung zwischen der Wellenlänge und der Emissionsintensität sowohl des ersten Lichts L61 als auch des zweiten Lichts L62 darstellt. Wenn im Folgenden einfach ein Wert der Wellenlänge erwähnt wird, bezieht sich der erwähnte Wert auf eine angenommene Wellenlänge der maximalen Emission.
Das von den ersten Lichtquellen 61 emittierte erste Licht L61 wird hauptsächlich an einer Oberfläche eines Detektionszielobjekts, z. B. eines Fingers Fg, reflektiert und tritt in den Sensor 10 ein. Folglich kann der Sensor 10 einen Fingerabdruck durch das Detektieren einer Form von Unebenheiten der Oberfläche, z. B. des Fingers Fg, detektieren. Das von den zweiten Lichtquellen 62 emittierte zweite Licht L62 wird hauptsächlich im Inneren, z. B. des Fingers Fg, reflektiert oder z. B. durch den Finger Fg durchgelassen und tritt in den Sensor 10 ein. Folglich kann der Sensor 10 biologische Informationen im Inneren, z. B. des Fingers Fg, detektieren. Die biologischen Informationen sind z. B. eine Pulswelle, eine Pulsation und ein Blutgefäßbild des Fingers Fg oder einer Handfläche.
Als ein Beispiel kann das erste Licht L61 eine Wellenlänge in einem Bereich von 520 nm bis 600 nm, z. B. bei etwa 500 nm, aufweisen, während das zweite Licht L62 eine Wellenlänge in einem Bereich von 780 nm bis 900 nm, z. B. bei etwa 850 nm, aufweisen kann. In diesem Fall ist das erste Licht L61 blaues oder grünes sichtbares Licht, während das zweite Licht L62 infrarotes Licht ist. Der Sensor 10 kann einen Fingerabdruck basierend auf dem ersten Licht L61 detektieren, das von den ersten Lichtquellen 61 emittiert wird. Das von den zweiten Lichtquellen 62 emittierte zweite Licht L62 wird an dem Detektionszielobjekt, wie z. B. dem Finger Fg, reflektiert oder durch z. B. den Finger Fg durchgelassen oder von diesem absorbiert und tritt in den Sensor 10 ein. Folglich kann der Sensor 10 die Pulswelle und das Blutgefäßbild (Gefäßmuster) als die biologischen Informationen im Inneren z. B. des Fingers Fg detektieren.
Alternativ kann das erste Licht L61 eine Wellenlänge in einem Bereich von 600 nm bis 700 nm, z. B. bei etwa 660 nm, aufweisen, während das zweite Licht L62 eine Wellenlänge in einem Bereich von 780 nm bis 900 nm, z. B. bei etwa 850 nm, aufweisen kann. In diesem Fall kann der Sensor 10 zusätzlich zur Pulsation und dem Blutgefäßbild als die biologischen Informationen basierend auf dem von den ersten Lichtquellen 61 emittierten ersten Licht L61 und dem von den zweiten Lichtquellen 62 emittierten zweiten Licht L62 einen Blutsauerstoffsättigungspegel detektieren. Weil die Detektionsvorrichtung 1 die ersten Lichtquellen 61 und die zweiten Lichtquellen 62 enthält, kann die Detektionsvorrichtung 1 in dieser Weise die verschiedenen Typen der biologischen Informationen durch das Ausführen der Detektion basierend auf dem ersten Licht L61 und der Detektion basierend auf dem zweiten Licht L62 detektieren.
Die in 1 veranschaulichte Anordnung der ersten Lichtquellen 61 und der zweiten Lichtquellen 62 ist lediglich ein Beispiel und kann gegebenenfalls geändert werden. Die ersten Lichtquellen 61 und die zweiten Lichtquellen 62 können z. B. auf jedem des ersten Lichtquellenbasiselements 51 und des zweiten Lichtquellenbasiselements 52 angeordnet sein. In diesem Fall können eine Gruppe, die die ersten Lichtquellen 61 enthält, und eine Gruppe, die die zweiten Lichtquellen 62 enthält, in der zweiten Richtung Dy angeordnet sein, oder können die erste Lichtquelle 61 und die zweite Lichtquelle 62 abwechselnd in der zweiten Richtung Dy angeordnet sein. Die Anzahl der Lichtquellenbasiselemente, die mit den ersten Lichtquellen 61 und den zweiten Lichtquellen 62 versehen sind, kann eins, drei oder mehr sein.
2 ist ein Blockschaltplan, der ein Konfigurationsbeispiel der Detektionsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 2 veranschaulicht ist, enthält die Detektionsvorrichtung 1 ferner einen Detektions-Controller 11 und einen Detektor 40. Die Steuerschaltung 122 enthält einige oder alle Funktionen des Detektions-Controllers 11. Die Steuerschaltung 122 enthält außerdem einige oder alle Funktionen des Detektors 40 mit Ausnahme derjenigen der Detektionsschaltung 48.
Der Sensor 10 ist ein optischer Sensor, der die Photodioden PD enthält, die als photoelektrische Umsetzungselemente dienen. Jede der im Sensor 10 enthaltenen Photodioden PD gibt ein elektrisches Signal, das dem zu ihr emittierten Licht entspricht, an die Signalleitungsauswahlschaltung 16 aus. Die Signalleitungsauswahlschaltung 16 wählt in Reaktion auf ein Auswahlsignal ASW von dem Detektions-Controller 11 eine Signalleitung SGL sequentiell aus. Im Ergebnis wird das elektrische Signal als ein Detektionssignal Vdet an den Detektor 40 ausgegeben. Der Sensor 10 führt die Detektion in Reaktion auf ein Gate-Ansteuersignal Vgcl, das von der Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 zugeführt wird, aus.
Der Detektions-Controller 11 ist eine Schaltung, die jeweilige Steuersignale der Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15, der Signalleitungsauswahlschaltung 16 und dem Detektor 40 zuführt, um deren Operationen zu steuern. Der Detektions-Controller 11 führt verschiedene Steuersignale, die z. B. ein Startsignal STV, ein Taktsignal CK und ein Rücksetzsignal RST1 enthalten, der Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 zu. Der Detektions-Controller 11 führt außerdem verschiedene Steuersignale einschließlich z. B. des Auswahlsignals ASW der Signalleitungsauswahlschaltung 16 zu. Der Detektions-Controller 11 führt außerdem verschiedene Steuersignale den ersten Lichtquellen 61 und den zweiten Lichtquellen 62 zu, um das Ein- und Ausschalten der ersten Lichtquellen 61 und der zweiten Lichtquellen 62 zu steuern.
Die Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 ist eine Schaltung, die basierend auf den verschiedenen Steuersignalen mehrere Gate-Leitungen GCL (siehe 3) ansteuert. Die Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 wählt die Gate-Leitungen GCL sequentiell oder gleichzeitig aus und führt die Gate-Ansteuersignale Vgcl den ausgewählten Gate-Leitungen GCL zu. Durch diese Operation wählt die Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 die an die Gate-Leitungen GCL gekoppelten Photodioden PD aus.
Die Signalleitungsauswahlschaltung 16 ist eine Schaltschaltung, die mehrere Signalleitungen SGL sequentiell oder gleichzeitig auswählt (siehe 3). Die Signalleitungsauswahlschaltung 16 ist z. B. ein Multiplexer. Die Signalleitungsauswahlschaltung 16 koppelt die ausgewählten Signalleitungen SGL basierend auf dem vom Detektions-Controller 11 zugeführten Auswahlsignal ASW an die Detektionsschaltung 48. Durch diese Operation gibt die Signalleitungsauswahlschaltung 16 das Detektionssignal Vdet von jeder der Photodioden PD an den Detektor 40 aus.
Der Detektor 40 enthält die Detektionsschaltung 48, einen Signalprozessor 44, einen Koordinatenextraktor 45, einen Speicher 46, einen Detektionszeitsteuerungs-Controller 47, einen Bildprozessor 49 und einen Ausgabeprozessor 50. Basierend auf einem vom Detektions-Controller 11 zugeführten Steuersignal steuert der Detektionszeitsteuerungs-Controller 47 die Detektionsschaltung 48, den Signalprozessor 44, den Koordinatenextraktor 45 und den Bildprozessor 49, so dass sie miteinander synchron arbeiten.
Die Detektionsschaltung 48 ist z. B. eine analoge Front-End- (AFE-) Schaltung. Die Detektionsschaltung 48 ist z. B. eine Signalverarbeitungsschaltung mit den Funktionen eines Detektionssignalverstärkers 42 und eines Analog-Digital- (A/D-) Umsetzers 43.
Der Detektionssignalverstärker 42 verstärkt das Detektionssignal Vdet. Der A/D-Umsetzer 43 setzt ein von dem Detektionssignalverstärker ausgegebenes analoges Signal 42 in ein digitales Signal um.
Der Signalprozessor 44 ist eine Logikschaltung, die basierend auf einem Ausgangssignal der Detektionsschaltung 48 eine vorgegebene physikalische Größe detektiert, die durch den Sensor 10 empfangen wird. Wenn sich der Finger Fg mit dem Detektionsbereich AA in Kontakt befindet oder sich in der Nähe des Detektionsbereichs AA befindet, kann der Signalprozessor 44 die Unebenheiten auf der Oberfläche des Fingers Fg oder der Handfläche basierend auf dem Signal von der Detektionsschaltung 48 detektieren. Der Signalprozessor 44 kann außerdem basierend auf dem Signal der Detektionsschaltung 48 die biologischen Informationen detektieren. Die biologischen Informationen sind z. B. das Blutgefäßbild, eine Pulswelle, die Pulsation und/oder der Blutsauerstoffsättigungspegel des Fingers Fg oder der Handfläche.
Im Fall des Erhaltens des Sauerstoffsättigungspegels des menschlichen Blutes wird z. B. 660 nm (der Bereich reicht von 500 nm bis 700 nm) als das erste Licht L61 verwendet, während etwa 850 nm (der Bereich reicht von 800 nm bis 930 nm) als das zweite Licht L62 verwendet wird. Weil sich der Betrag der Lichtabsorption mit einer durch das Hämoglobin aufgenommenen Sauerstoffmenge ändert, detektiert die Photodiode PD eine Lichtmenge, die durch Subtrahieren der durch das Blut (Hämoglobin) absorbierten Lichtmenge von der von jedem des ersten Lichts L61 und des zweiten Lichts L62, die emittiert worden sind, erhalten wird. Das meiste des Sauerstoffs im Blut ist reversibel an das Hämoglobin in den roten Blutkörperchen gebunden, während ein kleiner Anteil des Sauerstoffs im Blutplasma gelöst ist. Spezifischer wird der Wert des Prozentsatzes des Sauerstoffs bezüglich einer zulässigen Menge davon im Blut als Ganzes als der Sauerstoffsättigungspegel (SpO2) bezeichnet. Der Blutsauerstoffsättigungspegel kann aus der Lichtmenge berechnet werden, die durch das Subtrahieren der durch das Blut (Hämoglobin) absorbierten Lichtmenge von der Lichtmenge des Lichts, das bei den beiden Wellenlängen des ersten Lichts L61 und des zweiten Lichts L62 emittiert wird, erhalten wird.
Der Signalprozessor 44 kann die durch die Photodioden PD gleichzeitig detektierten Detektionssignale Vdet (biologischen Informationen) erfassen und den Mittelwert der Detektionssignale Vdet bilden. In diesem Fall kann der Detektor 40 eine stabile Detektion durch das Verringern eines durch das Rauschen oder eine relative Verschiebung zwischen dem Detektionszielobjekt, wie z. B. dem Finger Fg, und dem Sensor 10 verursachten Messfehlers ausführen.
Der Speicher 46 speichert vorübergehend ein durch den Signalprozessor 44 berechnetes Signal. Der Speicher 46 kann z. B. ein Schreib-Lese-Speicher (RAM) oder eine Registerschaltung sein.
Der Koordinatenextraktor 45 ist eine Logikschaltung, die, wenn der Kontakt oder die Nähe des Fingers durch den Signalprozessor 44 detektiert wird, die Detektionskoordinaten der Unebenheiten auf der Oberfläche z. B. des Fingers erhält. Der Koordinatenextraktor 45 ist außerdem eine Logikschaltung, die die detektierten Koordinaten der Blutgefäße des Fingers Fg oder der Handfläche erhält. Der Bildprozessor 49 kombiniert die von den jeweiligen Photodioden PD des Sensors 10 ausgegebenen Detektionssignale Vdet, um zweidimensionale Informationen, die die Form der Unebenheiten auf der Oberfläche z. B. des Fingers Fg repräsentieren, und zweidimensionale Informationen, die eine Form der Blutgefäße des Fingers Fg oder der Handfläche repräsentieren, zu erzeugen. Der Koordinatenextraktor 45 und der Bildprozessor 49 können weggelassen sein.
Der Ausgabeprozessor 50 dient als ein Prozessor zum Ausführen einer Verarbeitung basierend auf der Ausgabe von den Photodioden PD. Spezifisch gibt der Ausgabeprozessor 50 der Ausführungsform wenigstens eine Sensorausgabe Vo, die wenigstens Pulswellendaten enthält, basierend auf dem durch den Signalprozessor 44 erfassten Detektionssignal Vdet aus. In der Ausführungsform gibt der Signalprozessor 44 Daten aus, die eine Variation (Amplitude) der Ausgabe des Detektionssignals Vdet jeder der Photodioden PD (die später beschrieben werden) angeben, wobei der Ausgabeprozessor 50 bestimmt, welches Ausgangssignal als die Sensorausgabe Vo zu verwenden ist. Der Signalprozessor 44 oder der Ausgabeprozessor 50 kann jedoch beide oben beschriebenen Operationen ausführen. Der Ausgabeprozessor 50 kann z. B. die durch den Koordinatenextraktor 45 erhaltenen detektierten Koordinaten und die durch den Bildprozessor 49 erzeugten zweidimensionalen Informationen in die Sensorausgabe Vo aufnehmen. Die Funktion des Ausgabeprozessors 50 kann in eine weitere Komponente (z. B. den Bildprozessor 49) integriert sein.
Wenn die Detektionsvorrichtung für z. B. die Pulswelle an einem menschlichen Körper angebracht ist, wird außerdem Rauschen detektiert, das z. B. dem Atmen, einer Änderung der Haltung des menschlichen Körpers und/oder einer Bewegung des menschlichen Körpers zugeordnet ist. Deshalb kann der Signalprozessor 44 nach Bedarf mit einem Rauschfilter versehen sein. Das durch das Atmen und/oder die Änderung der Haltung erzeugte Rauschen weist Frequenzkomponenten von z. B. 1 Hz oder tiefer auf, die ausreichend tiefer als die Frequenzkomponenten der Pulswelle sind. Deshalb kann das Rauschen unter Verwendung eines Bandpassfilters als das Rauschfilter entfernt werden. Das Bandpassfilter kann z. B. in einem Detektionssignalverstärker 42 vorgesehen sein. Die Frequenzkomponenten des durch die Bewegung des menschlichen Körpers erzeugten Rauschens reichen z. B. von einigen Hertz bis 100 Hertz und können mit den Frequenzkomponenten der Pulswelle überlappen. In diesem Fall ist jedoch die Frequenz nicht konstant, wobei sie eine Frequenzfluktuation aufweist. Deshalb wird ein Rauschfilter verwendet, das das Rauschen entfernt, dessen Frequenzen Fluktuationskomponenten aufweisen. Als ein Beispiel für ein Verfahren zum Entfernen der Frequenzen mit Fluktuationskomponenten (erstes Verfahren zum Entfernen von Fluktuationskomponenten) kann eine Eigenschaft verwendet werden, dass eine zeitliche Nacheilung eines Spitzenwertes der Pulswelle abhängig von der Messstelle des menschlichen Körpers auftritt. Das heißt, die Pulswelle weist eine von der Messstelle des menschlichen Körpers abhängige zeitliche Nacheilung auf, während das durch die Bewegung des menschlichen Körpers oder dergleichen erzeugte Rauschen keine zeitliche Nacheilung oder eine kleinere zeitliche Nacheilung als die der Pulswelle aufweist. Deshalb wird die Pulswelle an wenigstens zwei verschiedenen Stellen gemessen, wobei, falls die an den verschiedenen Stellen gemessenen Spitzenwerte innerhalb einer vorgegebenen Zeit aufgetreten sind, die Pulswelle als Rauschen entfernt wird. Sogar in diesem Fall kann ein Fall betrachtet werden, in dem die durch das Rauschen verursachte Signalform zufällig die durch die Pulswelle verursachte Signalform überlappt. In diesem Fall überlappen sich die beiden Signalformen jedoch nur an einer Stelle der verschiedenen Stellen. Deshalb kann die durch das Rauschen verursachte Signalform von der durch die Pulswelle verursachten Signalform unterschieden werden. Diese Verarbeitung kann z. B. der Signalprozessor 44 ausführen. Als ein weiteres Beispiel des Verfahrens zum Entfernen der Frequenzen mit Fluktuationskomponenten (zweites Verfahren zum Entfernen von Fluktuationskomponenten) entfernt der Signalprozessor 44 Frequenzkomponenten mit unterschiedlichen Phasen. In diesem Fall kann z. B. eine Kurzzeit-Fourier-Transformation ausgeführt werden, um die Fluktuationskomponenten zu entfernen, wobei dann eine inverse Fourier-Transformation ausgeführt werden kann. Überdies dient eine Leistungsversorgung mit kommerzieller Frequenz (50 Hz oder 60 Hz) außerdem als eine Rauschquelle. In diesem Fall weisen jedoch ebenfalls die an den verschiedenen Stellen gemessenen Spitzenwerte in der gleiche Weise wie das durch die Bewegung des menschlichen Körpers oder andere Faktoren erzeugte Rauschen keine zeitliche Nacheilung dazwischen oder eine zeitliche Nacheilung, die kleiner als die der Pulswelle ist, auf. Deshalb kann das Rauschen unter Verwendung des gleichen Verfahrens wie das oben beschriebene erste Verfahren zum Entfernen von Fluktuationskomponenten entfernt werden. Alternativ kann das durch die Leistungsversorgung mit kommerzieller Frequenz erzeugte Rauschen durch das Bereitstellen einer Abschirmung auf einer Oberfläche auf der gegenüberliegenden Seite einer Detektionsoberfläche eines Detektionselements entfernt werden.
Das Folgende beschreibt ein Schaltungskonfigurationsbeispiel der Detektionsvorrichtung 1. 3 ist ein Stromlaufplan, der die Detektionsvorrichtung veranschaulicht. 4 ist ein Stromlaufplan, der mehrere Teildetektionsbereiche veranschaulicht. 4 veranschaulicht außerdem eine Schaltungskonfiguration der Detektionsschaltung 48.
Wie in 3 veranschaulicht ist, weist der Sensor 10 mehrere Teildetektionsbereiche PAA auf, die in einer Matrix mit einer Zeilen-Spalten-Konfiguration angeordnet sind. Jeder der Teildetektionsbereiche PAA ist mit einer Photodiode PD versehen.
Die Gate-Leitungen GCL erstrecken sich in der ersten Richtung Dx und sind an die in der ersten Richtung Dx angeordneten Teildetektionsbereiche PAA gekoppelt. Mehrere Gate-Leitungen GCL(1), GCL(2), ..., GCL(8) sind in der zweiten Richtung Dy angeordnet und sind jede an die Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 gekoppelt. In der folgenden Beschreibung werden die Gate-Leitungen GCL(1), GCL(2), ..., GCL(8) jede einfach als die Gate-Leitung GCL bezeichnet, wenn sie nicht voneinander unterschieden werden müssen. Zum einfachen Verständnis der Beschreibung veranschaulicht 3 acht Gate-Leitungen GCL. Dies ist jedoch lediglich ein Beispiel, wobei M Gate-Leitungen GCL (wobei M acht oder größer ist und z. B. 256 beträgt) angeordnet sein können.
Die Signalleitungen SGL erstrecken sich in der zweiten Richtung Dy und sind an die Photodioden PD der in der zweiten Richtung Dy angeordneten Teildetektionsbereiche PAA gekoppelt. In der ersten Richtung Dx sind mehrere Signalleitungen SGL(1), SGL(2), ..., SGL(12) angeordnet, die jeweils an die Signalleitungsauswahlschaltung 16 und eine Rücksetzschaltung 17 gekoppelt sind. In der folgenden Beschreibung werden die Signalleitungen SGL(1), SGL(2), ..., SGL(12) jeweils einfach als die Signalleitung SGL bezeichnet, wenn sie nicht voneinander unterschieden werden müssen.
Zum einfachen Verständnis der Beschreibung sind 12 Signalleitungen SGL veranschaulicht. Dies ist jedoch lediglich ein Beispiel, wobei N Signalleitungen SGL (wobei N 12 oder größer ist und z. B. 252 beträgt) angeordnet sein können. Die Auflösung des Sensors beträgt z. B. 508 Punkte pro Zoll (dpi), wobei die Anzahl der Zellen 252 × 256 beträgt. In 3 ist der Sensor 10 zwischen der Signalleitungsauswahlschaltung 16 und der Rücksetzschaltung 17 vorgesehen. Die Konfiguration ist nicht darauf eingeschränkt. Die Signalleitungsauswahlschaltung 16 und die Rücksetzschaltung 17 können an die Enden der Signalleitungen SGL in der gleichen Richtung gekoppelt sein. Ein Sensor weist z. B. eine Fläche von im Wesentlichen 50 × 50 um² auf. Der Detektionsbereich AA weist z. B. eine Fläche von 12,6 × 12,8 mm² auf.
Die Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 empfängt die verschiedenen Steuersignale, wie z. B. das Startsignal STV, das Taktsignal CK und das Rücksetzsignal RST1, von der Steuerschaltung 122 (siehe 1). Die Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 wählt die Gate-Leitungen GCL(1), GCL(2), ..., GCL(8) basierend auf den verschiedenen Steuersignalen in einer Zeitmultiplexweise sequentiell aus. Die Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 führt das Gate-Ansteuersignal Vgcl der ausgewählten Gate-Leitung GCL zu. Diese Operation führt das Gate-Ansteuersignal Vgcl mehreren ersten Schaltelementen Tr zu, die an die Gate-Leitung GCL gekoppelt sind, wobei entsprechende der in der ersten Richtung Dx angeordneten Teildetektionsbereiche PAA als die Detektionsziele ausgewählt werden.
Die Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 kann ein verschiedenes Ansteuern für jede der Detektionsbetriebsarten ausführen, die die Detektion eines Fingerabdrucks und die Detektion verschiedener Elemente der biologischen Informationen (wie z. B. der Pulswelle, der Pulsation, des Blutgefäßbildes und des Blutsauerstoffsättigungspegels) enthalten. Die Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 kann z. B. mehr als eine Gate-Leitung GCL gemeinsam ansteuern.
Spezifisch kann die Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 gleichzeitig eine vorgegebene Anzahl der Gate-Leitungen GCL aus den Gate-Leitungen GCL(1), GCL(2), ..., GCL(8) basierend auf den Steuersignalen auswählen. Die Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 wählt z. B. gleichzeitig sechs Gate-Leitungen GCL(1) bis GCL(6) aus und führt diesen die Gate-Ansteuersignale Vgcl zu. Die Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 führt die Gate-Ansteuersignale Vgcl durch die ausgewählten sechs Gate-Leitungen GCL den ersten Schaltelementen Tr zu. Durch diese Operation werden die Gruppenbereiche PAG1 und PAG2, die jeweils mehr als einen in der ersten Richtung Dx und der zweiten Richtung Dy angeordneten Teildetektionsbereich PAA enthalten, als die jeweiligen Detektionsziele ausgewählt. Die Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 steuert die vorgegebene Anzahl der Gate-Leitungen GCL gemeinsam an und führt die Gate-Ansteuersignale Vgcl den Gate-Leitungen GCL in Einheiten der vorgegebenen Anzahl der Gate-Leitungen GCL sequentiell zu. Im Folgenden wird, wenn Positionen verschiedener Gruppenbereiche, wie z. B. der Detektionsbereichsgruppen PAG1 und PAG2, nicht voneinander unterschieden werden, jeder der Gruppenbereiche als ein „Gruppenbereich PAG“ bezeichnet.
Die Signalleitungsauswahlschaltung 16 enthält mehrere Auswahlsignalleitungen Lsel, mehrere Ausgangssignalleitungen Lout und die dritten Schaltelemente TrS. Die dritten Schaltelemente TrS sind entsprechend den Signalleitungen SGL vorgesehen. Sechs Signalleitungen SGL(1), SGL(2), ..., SGL(6) sind an eine gemeinsame Ausgangssignalleitung Lout1 gekoppelt. Sechs Signalleitungen SGL(7), SGL(8), ..., SGL(12) sind an eine gemeinsame Ausgangssignalleitung Lout2 gekoppelt. Die Ausgangssignalleitungen Lout1 und Lout2 sind jeweils an die Detektionsschaltung 48 gekoppelt.
Die Signalleitungen SGL(1), SGL(2), ..., SGL(6) sind in einem ersten Signalleitungsblock gruppiert, während die Signalleitungen SGL(7), SGL(8), ..., SGL(12) in einem zweiten Signalleitungsblock gruppiert sind. Die Auswahlsignalleitungen Lsel sind an die Gates der dritten Schaltelemente TrS gekoppelt, die jeweils in einem der Signalleitungsblöcke enthalten sind. Eine der Auswahlsignalleitungen Lsel ist an die Gates der dritten Schaltelemente TrS in den Signalleitungsblöcken gekoppelt.
Spezifisch sind die Auswahlsignalleitungen Lsel1, Lsel2, ..., Lsel6 an die dritten Schaltelemente TrS gekoppelt, die jeweils den Signalleitungen SGL(1), SGL(2), ..., SGL(6) entsprechen. Die Auswahlsignalleitung Lsel1 ist an das dritte Schaltelement TrS, das der Signalleitung SGL(1) entspricht, und an das dritte Schaltelement TrS, das der Signalleitung SGL(7) entspricht, gekoppelt. Die Auswahlsignalleitung Lsel2 ist an das dritte Schaltelement TrS, das der Signalleitung SGL(2) entspricht, und das dritte Schaltelement TrS, das der Signalleitung SGL(8) entspricht, gekoppelt.
Die Steuerschaltung 122 (siehe 1) führt das Auswahlsignal ASW den Auswahlsignalleitungen Lsel sequentiell zu. Durch die Operationen der dritten Schaltelemente TrS wählt die Signalleitungsauswahlschaltung 16 die Signalleitungen SGL in einem der Signalleitungsblöcke in einer Zeitmultiplexweise sequentiell aus. Die Signalleitungsauswahlschaltung 16 wählt eine der Signalleitungen SGL in jedem der Signalleitungsblöcke aus. Bei der oben beschriebenen Konfiguration kann die Detektionsvorrichtung 1 die Anzahl der integrierten Schaltungen (ICs), die die Detektionsschaltung 48 enthalten, oder die Anzahl der Anschlüsse der ICs verringern.
Die Signalleitungsauswahlschaltung 16 kann mehr als eine Signalleitung SGL gemeinsam an die Detektionsschaltung 48 koppeln. Spezifisch führt die Steuerschaltung 122 (siehe 1) das Auswahlsignal ASW den Auswahlsignalleitungen Lsel gleichzeitig zu. Bei dieser Operation wählt die Signalleitungsauswahlschaltung 16 durch die Operationen der dritten Schaltelemente TrS die Signalleitungen SGL (z. B. sechs Signalleitungen SGL) in einem der Signalleitungsblöcke aus, wobei sie die Signalleitungen SGL an die Detektionsschaltung 48 koppelt. Im Ergebnis werden die in jedem Gruppenbereich PAG detektierten Signale an die Detektionsschaltung 48 ausgegeben. In diesem Fall werden die Signale von den Teildetektionsbereichen PAA (Photodioden PD) in jedem Gruppenbereich PAG zusammengesetzt und an die Detektionsschaltung 48 ausgegeben.
Durch die Operationen der Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 und der Signalleitungsauswahlschaltung 16 wird die Detektion für jeden Gruppenbereich PAG ausgeführt. Im Ergebnis nimmt die Intensität des durch einmalige Detektion erhaltenen Detektionssignals Vdet zu, so dass die Sensorempfindlichkeit verbessert werden kann. Zusätzlich kann die für die Detektion benötigte Zeit verringert werden. Folglich kann die Detektionsvorrichtung 1 die Detektion in einer kurzen Zeit wiederholt ausführen, wobei sie folglich den Rauschabstand (S/N) verbessern kann und eine zeitliche Änderung der biologischen Informationen, wie z. B. die Pulswelle, genau detektieren kann.
Wie in 3 veranschaulicht ist, enthält die Rücksetzschaltung 17 eine Referenzsignalleitung Lvr, eine Rücksetzsignalleitung Lrst und die vierten Schaltelemente TrR. Die vierten Schaltelemente TrR sind entsprechend den Signalleitungen SGL vorgesehen. Die Referenzsignalleitung Lvr ist entweder an die Sources oder die Drains der vierten Schaltelemente TrR gekoppelt. Die Rücksetzsignalleitung Lrst ist an die Gates der vierten Schaltelemente TrR gekoppelt.
Die Steuerschaltung 122 führt ein Rücksetzsignal RST2 der Rücksetzsignalleitung Lrst zu. Diese Operation schaltet die vierten Schaltelemente TrR ein, um die Signalleitungen SGL elektrisch an die Referenzsignalleitung Lvr zu koppeln. Die Leistungsversorgungsschaltung 123 führt ein Referenzsignal COM der Referenzsignalleitung Lvr zu. Diese Operation führt das Referenzsignal COM einem kapazitiven Element Ca (siehe 4) zu, das in jedem der Teildetektionsbereiche PAA enthalten ist.
Wie in 4 veranschaulicht ist, enthält jeder der Teildetektionsbereiche PAA die Photodiode PD, das kapazitive Element Ca und das erste Schaltelement Tr. 4 veranschaulicht zwei Gate-Leitungen GCL(m) und GCL(m + 1), die in der zweiten Richtung Dy zwischen den Gate-Leitungen GCL angeordnet sind, und veranschaulicht zwei Signalleitungen SGL(n) und SGL(n + 1), die in der ersten Richtung Dx zwischen den Signalleitungen SGL angeordnet sind. Der Teildetektionsbereich PAA ist ein Bereich, der von den Gate-Leitungen GCL und den Signalleitungen SGL umgeben ist. Jedes der ersten Schaltelemente Tr ist entsprechend jeder der Photodioden PD vorgesehen. Das erste Schaltelement Tr enthält einen Dünnschichttransistor und enthält in diesem Beispiel einen n-Kanal-Metall-Oxid-Halbleiter- (MOS-) Dünnschichttransistor (TFT).
Die Gates der ersten Schaltelemente Tr, die zu den in der ersten Richtung Dx angeordneten Teildetektionsbereichen PAA gehören, sind an die Gate-Leitung GCL gekoppelt. Die Sources der ersten Schaltelemente Tr, die zu den in der zweiten Richtung Dy angeordneten Teildetektionsbereichen PAA gehören, sind an die Signalleitung SGL gekoppelt. Der Drain des ersten Schaltelements Tr ist an die Katode der Photodiode PD und das kapazitive Element Ca gekoppelt.
Der Anode der Photodiode PD wird von der Leistungsversorgungsschaltung 123 das Sensorleistungsversorgungssignal VDDSNS zugeführt. Der Signalleitung SGL und dem kapazitiven Element Ca werden von der Leistungsversorgungsschaltung 123 das Referenzsignal COM zugeführt, das als ein Anfangspotential der Signalleitung SGL und des kapazitiven Elements Ca dient.
Wenn der Teildetektionsbereich PAA mit Licht bestrahlt wird, fließt ein einer Lichtmenge entsprechender Strom durch die Photodiode PD. Im Ergebnis wird eine elektrische Ladung in dem kapazitiven Element Ca gespeichert. Nachdem das erste Schaltelement Tr eingeschaltet worden ist, fließt ein Strom, der der in dem kapazitiven Element Ca gespeicherten elektrischen Ladung entspricht, durch die Signalleitung SGL. Die Signalleitung SGL ist durch ein entsprechendes drittes Schaltelement TrS der Signalleitungsauswahlschaltung 16 an die Detektionsschaltung 48 gekoppelt. Folglich kann die Detektionsvorrichtung 1 ein Signal, das der Lichtmenge entspricht, mit der die Photodiode PD in jedem der Teildetektionsbereiche PAA bestrahlt wird, oder Signale, die den Lichtmengen entsprechen, mit denen die Photodioden PD in jedem Gruppenbereich PAG bestrahlt werden, detektieren.
Während einer Leseperiode Pdet (siehe 7) ist ein Schalter SSW der Detektionsschaltung 48 eingeschaltet und ist die Detektionsschaltung 48 an die Signalleitungen SGL gekoppelt. Der Detektionssignalverstärker 42 der Detektionsschaltung 48 setzt eine Variation eines von den Signalleitungen SGL zugeführten Stroms in eine Variation einer Spannung um und verstärkt das Ergebnis. Ein Referenzpotential (Vref) mit einem festen Potential wird einem nichtinvertierenden Eingangsabschnitt (+) des Detektionssignalverstärkers 42 zugeführt, wobei die Signalleitungen SGL an einen invertierenden Eingangsabschnitt (-) des Detektionssignalverstärkers 42 gekoppelt sind. In der ersten Ausführungsform wird das gleiche Signal wie das Referenzsignal COM als ein Referenzpotential (Vref) zugeführt. Der Detektionssignalverstärker 42 enthält ein kapazitives Element Cb und einen Rücksetzschalter RSW. Während einer Rücksetzperiode Prst (siehe 7) ist der Rücksetzschalter RSW eingeschaltet und wird eine elektrische Ladung des kapazitiven Elements Cb rückgesetzt.
Das Folgende beschreibt einen Umriss eines Herstellungsverfahrens des Sensors 10 und einen Prozess zum Bilden der Photodiode PD (Bildungsprozess der organischen Photodiode (OPD)). 5A ist eine vergrößertes schematisches Konfigurationsdiagramm des Sensors 10. 5B ist eine Q-Q-Schnittansicht nach 5A.
Umriss des Herstellungsverfahrens
Es wird der Umriss des Herstellungsverfahrens des Sensors 10 beschrieben. Eine Rückwandplatine BP, die Niedertemperatur-Polysilizium (LTPS) 22 enthält, wurde auf einer Grundschicht 26, einer lichtblockierenden Schicht 27 und einem Isolator gebildet, die auf Polyimid 25 gestapelt sind, das als ein Film auf einem Glassubstrat 21 ausgebildet ist. Die Dicke des Polyimids 25 beträgt z. B. 10 µm.
Eine Vorrichtung zum Bilden der Rückwandplatine BP wird unter Verwendung einer Laser-Abhebe- (LLO-) Technik von dem Glassubstrat getrennt, nachdem alle Prozesse zum Bilden der Rückwandplatine BP abgeschlossen sind. Die Rückwandplatine BP dient als die ersten Schaltelemente Tr. Während in der vorliegenden Ausführungsform das LTPS 22 als eine Halbleiterschicht verwendet wird, ist die Halbleiterschicht jedoch nicht darauf eingeschränkt und kann aus einem weiteren Halbleiter, wie z. B. amorphem Silicium, ausgebildet sein.
Jedes der ersten Schaltelemente Tr enthält einen Doppel-Gate-TFT, in dem zwei n-Kanal-MOS-Transistoren (NMOS) direkt gekoppelt sind. Der NMOS weist z. B. eine Kanallänge von 4,5 µm, eine Kanalbreite von 2,5 µm und eine Beweglichkeit von etwa 40 bis 70 cm²/Vs auf. Um den TFT des LTPS zu bilden, werden zuerst vier Materialien, Siliciummonoxid (SiO), Siliciumnitrid (SiN), SiO und amorphes Silicium (a-Si) verwendet, um einen Film zu bilden, wobei dann das a-Si mit einem Excimer-Laser geglüht wird, so dass es kristallisiert, um Polysilicium zu bilden. Eine Schaltung eines umgebenden Treiberabschnitts ist aus einer komplementären MOS-Schaltung (CMOS), die einen p-Kanal-MOS-(PMOS-) Transistor und einen NMOS-Transistor enthält, ausgebildet. Der PMOS-Transistor weist z. B. eine Kanallänge von 4,5 µm, eine Kanalbreite von 3,5 µm und eine Beweglichkeit von etwa 40 bis 70 cm²/Vs auf. Der NMOS-Transistor weist z. B. eine Kanallänge von 4,5 µm, eine Kanalbreite von 2,5 µm und eine Beweglichkeit von etwa 40 bis 70 cm²/Vs in der gleichen Weise auf, wie oben beschrieben worden ist. Nachdem das Polysilicium gebildet worden war, wurden die Elektroden des PMOS und des NMOS gebildet, indem sie mit Bor (B) und Phosphor (P) dotiert werden.
Dann wird SiO als ein Isolierfilm 23a gebildet, wobei eine Molybdän-Wolfram-Legierung (MoW) in den Filmen als zwei Gate-Elektroden GA und GB des Doppel-Gate-TFT gebildet wird. Die Dicke des Isolierfilms 23a beträgt z. B. 70 nm. Die Dicke der MoW zum Bilden der Gate-Elektroden GA und GB beträgt z. B. 250 nm.
Nachdem die MoW-Filme gebildet worden sind, wird ein Zwischenfilm 23b gebildet, wobei eine Elektrodenschicht 28 zum Bilden einer Source-Elektrode 28a und einer Drain-Elektrode 28b als ein Film gebildet wird. Die Elektrodenschicht 28 besteht z. B. aus einer Aluminiumlegierung. Durch Trockenätzen werden eine Durchkontaktierung V1 und ein Durchkontaktierung V2 gebildet, die zum Koppeln der Source-Elektrode 28a und der Drain-Elektrode 28b an die Elektroden des PMOS und des NMOS des durch das Dotieren gebildeten LTPS 22 dienen. Der Isolierfilm 23a und der Zwischenfilm 23b dienen als eine Isolierschicht 23, die die als die Gate-Leitung GCL dienenden Gate-Elektroden GA und GB von dem LTPS 22 und der Elektrodenschicht 28 isoliert.
Die so gebildete Rückwandplatine BP enthält das LTPS 22, das auf der Seite der Photodiode PD der lichtblockierenden Schicht 27 gestapelt ist, und die Elektrodenschicht 28, die zwischen das LTPS 22 und die Photodiode PD gestapelt ist und in der die Source-Elektrode 28a und die Drain-Elektrode 28b des ersten Schaltelements Tr ausgebildet sind. Die Source-Elektrode 28a erstreckt sich bis zu einer Position, die der lichtblockierenden Schicht 27 zugewandt, wobei das LTPS 22 dazwischen eingefügt ist.
Nachdem die Rückwandplatine BP hergestellt worden ist, wird eine glatte Schicht 29 mit einer Dicke von 2 µm gebildet, um eine Schicht eines organischen Photodetektors auf der Rückwandplatine BP zu bilden. Obwohl dies nicht veranschaulicht ist, wird ferner ein Versiegelungsfilm auf der glatten Schicht 29 gebildet. Durch Ätzen wird eine Durchkontaktierung V3 zum Koppeln der Rückwand BP an die Photodiode PD gebildet.
Dann wurde eine organische Photodiode (OPD) mit einer luftstabilen invertierten Struktur als die Photodiode PD auf der Rückwandplatine BP gebildet. Als eine aktive Schicht 31 der Photodiode PD des Sensors 10, der als ein organischer Sensor dient, wird ein Material verwendet, das eine Empfindlichkeit für Nahinfrarotlicht (z. B. Licht mit einer Wellenlänge von 850 nm) aufweist. Es wird Indium-Zinn-Oxid (ITO) als eine Katodenelektrode 35 verwendet, die als transparente Elektrode dient und die über die Durchkontaktierung V3 an die Rückwandplatine BP gekoppelt ist. Weiterhin ist eine Zinkoxid- (ZnO-) Schicht 35a auf einer Oberfläche des ITO ausgebildet, um die Austrittsarbeit der Elektrode einzustellen, obwohl dies nicht veranschaulicht ist.
Für die organische Photodiode werden zwei verschiedene Vorrichtungen unter Verwendung verschiedener Typen von organischen Halbleitermaterialien als die aktiven Schichten hergestellt. Als die verschiedenen Typen organischer Halbleitermaterialien wurden spezifisch zwei Typen von Materialien verwendet, wobei das eine PMDPP3T (Poly[[2,5-bis(2-hexyldecyl)-2,3,5,6-tetrahydro-3,6-dioxopyrrolo[3,4-c]pyrrol-1,4-diyl]-aIt-[3',3''-dimethyl-2,2': 5',2''-Terthiophen]-5,5''-diyl]) ist und das andere STD-001 (Sumitomo Chemical Co., Ltd.) ist. Eine Massenheterostruktur wird durch das Mischen jedes der Materialien mit [6,6]-Phenyl-C₆₁-Buttersäuremethylester (PCBM) und das Formen der Mischung zu einem Film gebildet. Weiterhin wurden ein leitfähiges Polymer auf Polythiophenbasis (PEDOT:PSS) und Silber (Ag) zu einem Film als eine Anodenelektrode 34 geformt. Obwohl dies nicht veranschaulicht ist, wird die organische Photodiode mit Parylen mit einer Dicke von 1 µm versiegelt, wobei auf der organischen Photodiode Chrom und Gold (Cr/Au) zu einem Film als eine Kontaktfläche zum Koppeln an ein flexibles Substrat gebildet werden, auf dem ein analoges Frontend (AFE) angebracht ist.
Obwohl Parylen als der Versiegelungsfilm verwendet wird, kann stattdessen Siliciumdioxid (SiO2) oder Siliciumoxynitrid (SiON) verwendet werden. Obwohl PEDOT:PSS mit 10 nm und Ag mit 80 nm als die Anodenelektrode 34 gestapelt sind, kann der Bereich der Filmdicke von 10 nm bis 30 nm für PEDOT:PSS und von 10 nm bis 100 nm für Ag betragen. Es kann z. B. ein Molybdänoxid (MoOx) als ein alternatives Material für PEDOT:PSS verwendet werden. Es kann z. B. Aluminium (AI) oder Gold (Au) als ein alternatives Material für Ag verwendet werden. Obwohl ZnO auf dem ITO der Katodenelektrode 35 gebildet wird, kann ein Polymer, wie z. B. Polyethylenimin (PEI) oder ethoxyliertes PEI (PEIE), auf dem ITO gebildet werden.
OPD-Bildungsprozess
Die Oberfläche des Chips wurde einer O₂-Plasmabehandlung unter der Bedingung von 300 W während 10 Sekunden unterzogen. Dann wurde die ZnO-Schicht als ein Film unter der Schleuderbeschichtungsbedingung von 5000 min^-1 während 30 Sekunden gebildet und bei 180 °C während 30 Minuten geglüht. Eine PMDPP3T:PCBM-Lösung oder eine STD-001:PCBM-Lösung wurde als eine organische Schicht während 4 Minuten bei 250 min^-1 auf die Oberfläche von ZnO aufgeschleudert. Dann wurde eine Lösung, die durch Verdünnen von PEDOT:PSS (z. B. Al4083) mit Isopropylalkohol (IPA) auf (3:17) unter einer Stickstoffatmosphäre erhalten wurde, durch einen Polyvinylidenfluorid- (PVDF-) Filter von 0,45 µm filtriert und dann unter Verwendung des Schleuderbeschichtungsverfahrens unter der Bedingung von 2000 min^-1 während 30 Sekunden (s) zu einem Film geformt. Nach der Filmbildung wurde ein Glühen bei 80 °C während 5 Minuten (min) unter der Stickstoffatmosphäre ausgeführt. Schließlich wurde Silber im Vakuum auf 80 nm als die Anodenelektrode 34 abgeschieden. Nachdem die Vorrichtung fertiggestellt wurde, wurde Parylen unter Verwendung eines Verfahrens der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) zu einem Film von 1 µm als der Versiegelungsfilm geformt und wurde Cr/Au als die Kontaktfläche im Vakuum abgeschieden.
Die durch einen derartigen Bildungsprozess gebildete Photodiode PD enthält die aktive Schicht 31, die als ein organisches Material mit einem photovoltaischer Effekt dient, die Katodenelektrode 35, die auf einer Seite der Rückwandplatine BP der aktiven Schicht 31 vorgesehen ist, und die Anodenelektrode 34, die auf einer von der Katodenelektrode 35 gegenüberliegenden Seite der aktiven Schicht 31 vorgesehen ist. Die Schicht der aktiven Schicht 31 und die Schicht der Anodenelektrode 34 sind entlang einer Detektionsoberfläche des Sensors 10, die so vorgesehen ist, dass sie das Licht detektieren kann, über die Katodenelektroden 35 der Photodioden PD (siehe 3 und 4), die entlang der Detektionsoberfläche des Sensors 10 angeordnet sind (siehe 5B), kontinuierlich. Das heißt, die Katodenelektrode 35 ist für jede der Photodioden PD unabhängig vorgesehen, wobei die aktive Schicht 31 und die Anodenelektrode 34 über den gesamten Detektionsbereich AA kontinuierlich sind.
6 ist eine graphische Darstellung, die eine Beziehung zwischen der Wellenlänge und einem Umsetzungswirkungsgrad des auf die Photodiode einfallenden Lichts schematisch veranschaulicht. Die horizontale Achse der in 6 veranschaulichten graphischen Darstellung repräsentiert die Wellenlänge des auf die Photodiode PD einfallenden Lichts, während die vertikale Achse der graphischen Darstellung einen externen Quantenwirkungsgrad der Photodiode PD repräsentiert. Der externe Quantenwirkungsgrad wird als ein Verhältnis zwischen der Anzahl der Photonen des auf die Photodiode PD einfallenden Lichts und einem Strom ausgedrückt, der von der Photodiode PD zur externen Detektionsschaltung 48 fließt.
Wie in 6 veranschaulicht ist, weist die Photodiode PD einen hervorragenden Wirkungsgrad in einem Wellenlängenbereich von etwa 300 nm bis etwa 1000 nm auf. Das heißt, die Photodiode PD weist eine Empfindlichkeit für die Wellenlängen sowohl des ersten Lichts L61, das von den ersten Lichtquellen 61 emittiert wird, als auch des zweiten Lichts L62, das von den zweiten Lichtquellen 62 emittiert wird, auf. Deshalb kann jede der Photodioden PD mehrere Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen detektieren.
Das Folgende beschreibt ein Betriebsbeispiel der Detektionsvorrichtung 1. 7 ist eine graphische Darstellung der Zeitsteuerungs-Signalform, die das Betriebsbeispiel der Detektionsvorrichtung veranschaulicht. Wie in 7 veranschaulicht ist, weist die Detektionsvorrichtung 1 die Rücksetzperiode Prst, eine effektive Belichtungsperiode Pex und die Leseperiode Pdet auf. Die Leistungsversorgungsschaltung 123 führt das Sensorleistungsversorgungssignal VDDSNS der Anode der Photodiode PD während der Rücksetzperiode Prst, der effektiven Belichtungsperiode Pex und der Ausleseperiode Pdet zu. Das Sensorleistungsversorgungssignal VDDSNS ist ein Signal zum Anlegen einer Sperrvorspannung zwischen der Anode und der Katode der Photodiode PD. Das Referenzsignal COM von im Wesentlichen 0,75 V wird z. B. an die Katode der Photodiode PD angelegt, während das Sensorleistungsversorgungssignal VDDSNS von im Wesentlichen -1,25 V an die Anode der Photodiode PD angelegt wird. Im Ergebnis ist zwischen der Anode und der Katode eine Sperrvorspannung von im Wesentlichen 2,0 V angelegt. Zum Zeitpunkt der Detektion einer Wellenlänge von 850 nm ist die Sperrvorspannung von 2 V an die Photodiode PD angelegt, um eine hohe Empfindlichkeit von 0,5 A/W bis 0,7 A/W, vorzugsweise etwa 0,57 A/W, zu erhalten. Es werden die folgenden Eigenschaften der Photodiode verwendet: die Dunkelstromdichte beträgt 1,0 × 10^-7 A/cm², wenn die Sperrvorspannung von 2 V angelegt ist, wobei die Photostromdichte 1,2 × 10^-3 A/cm² beträgt, wenn Licht mit einer Ausgabe von im Wesentlichen 2,9 mW/cm² und einer Wellenlänge von 850 nm detektiert wird. Der externe Quantenwirkungsgrad (EQE) beträgt etwa 1,0, wenn die Sperrvorspannung von 2 V zu dem Zeitpunkt angelegt ist, zu dem die Photodiode mit dem Licht mit einer Wellenlänge von 850 nm bestrahlt wird. Die Steuerschaltung 122 setzt das RST2-Signal auf „H“ und führt dann das Startsignal STV und das Taktsignal CK der Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 zu, um die Rücksetzperiode Prst zu starten. Während der Rücksetzperiode Prst führt die Steuerschaltung 122 das Referenzsignal COM der Rücksetzschaltung 17 zu und verwendet das Rücksetzsignal RST2, um die vierten Schaltelemente TrR zum Zuführen einer Rücksetzspannung einzuschalten. Diese Operation führt die Referenzsignale COM als die Rücksetzspannung den Signalleitungen SGL zu. Das Referenzsignal COM ist z. B. auf 0,75 V gesetzt.
Während der Rücksetzperiode Prst wählt die Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 basierend auf dem Startsignal STV, dem Taktsignal CK und dem Rücksetzsignal RST1 jede der Gate-Leitungen GCL sequentiell aus. Die Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 führt die Gate-Ansteuersignale Vgcl {Vgcl(1) bis Vgcl(M)} den Gate-Leitungen GCL sequentiell zu. Das Gate-Ansteuersignal Vgcl weist eine gepulste Signalform mit einer Leistungsversorgungsspannung VDD, die als eine Hochpegelspannung dient, und einer Leistungsversorgungsspannung VSS, die als eine Tiefpegelspannung dient, auf. In 7 sind M Gate-Leitungen GCL (wobei M z. B. 256 ist) vorgesehen, wobei die Gate-Ansteuersignale Vgcl(1), ..., Vgcl(M) den jeweiligen Gate-Leitungen GCL sequentiell zugeführt werden. Folglich werden die ersten Schaltelemente Tr sequentiell in einen leitenden Zustand gebracht, wobei ihnen zeilenweise die Rücksetzspannung zugeführt wird. Es wird z. B. eine Spannung von 0,75 V des Referenzsignals COM als die Rücksetzspannung zugeführt.
Folglich werden während der Rücksetzperiode Prst die kapazitiven Elemente Ca aller Teildetektionsbereiche PAA sequentiell elektrisch an die Signalleitungen SGL gekoppelt, wobei ihnen das Referenzsignal COM zugeführt wird. Im Ergebnis werden die in der Kapazität der kapazitiven Elemente Ca gespeicherten elektrischen Ladungen rückgesetzt. Die Kapazität der kapazitiven Elemente Ca einiger der Teildetektionsbereiche PAA kann durch teilweises Auswählen der Gate-Leitungen und der Signalleitungen SGL rückgesetzt werden.
Beispiele für das Belichtungszeitsteuerungs-Steuerverfahren enthalten ein Steuerverfahren der Belichtung während der Abtastzeit der Gate-Leitungen und ein Vollzeit-Steuerverfahren der Belichtung. Bei dem Steuerverfahren der Belichtung während der Abtastzeit der Gate-Leitung werden die Gate-Ansteuersignale {Vgcl(1) bis Vgcl(M)} allen Gate-Leitungen GCL, die an die als die Detektionsziele dienenden Photodioden PD gekoppelt sind, sequentiell zugeführt, wobei allen als die Detektionsziele dienenden Photodioden PD die Rücksetzspannung zugeführt wird. Dann, nachdem alle Gate-Leitungen GCL, die an die als die Detektionsziele dienenden Photodioden PD gekoppelt sind, auf eine tiefe Spannung gesetzt sind (die ersten Schaltelemente Tr ausgeschaltet sind), beginnt die Belichtung, wobei die Belichtung während der effektiven Belichtungsperiode Pex ausgeführt wird. Nach dem Ende der Belichtung werden die Gate-Ansteuersignale {Vgcl(1) bis Vgcl(M)} den Gate-Leitungen GCL, die an die als die Detektionsziele dienenden Photodioden PD gekoppelt sind, sequentiell zugeführt, wie oben beschrieben worden ist, wobei das Lesen während der Leseperiode Pdet ausgeführt wird. Beim Vollzeit-Steuerverfahren der Belichtung kann die Steuerung zum Ausführen der Belichtung außerdem während der Rücksetzperiode Prst und der Leseperiode Pdet ausgeführt werden (Vollzeit-Belichtungssteuerung). In diesem Fall beginnt die effektive Belichtungsperiode Pex(1), nachdem das Gate-Ansteuersignal Vgcl(M) der Gate-Leitung GCL zugeführt worden ist. Der Begriff „effektive Belichtungsperioden Pex{(1), ..., (M)}“ bezieht sich auf eine Periode, während der die kapazitiven Elemente Ca von den Photodioden PD geladen werden. Die Anfangszeitsteuerungen und die Endzeitsteuerungen der tatsächlichen effektiven Belichtungsperioden Pex(1), ..., Pex(M) sind zwischen den Teildetektionsbereichen PAA, die den Gate-Leitungen GCL entsprechen, unterschiedlich. Jede der effektiven Belichtungsperioden Pex(1), ..., Pex(M) beginnt, wenn sich das Gate-Ansteuersignal Vgcl während der Rücksetzperiode Prst von der als die Hochpegelspannung dienenden Leistungsversorgung VDD zu der als die Tiefpegelspannung dienenden Leistungsversorgung VSS ändert. Jede der effektiven Belichtungsperioden Pex(1), ..., Pex(M) endet, wenn sich das Gate-Ansteuersignal Vgcl während der Leseperiode Pdet von der Leistungsversorgung VSS zu der Leistungsversorgung VDD ändert. Die Längen der Belichtungszeit der effektiven Belichtungsperioden Pex(1), ..., Pex(M) sind gleich.
Bei dem Steuerverfahren der Belichtung während der Abtastzeit der Gate-Zeile fließt während der effektiven Belichtungsperiode Pex ein Strom, der dem Licht entspricht, das die Photodiode PD in jedem der Teildetektionsbereiche PAA bestrahlt. Im Ergebnis wird in jedem der kapazitiven Elemente Ca eine elektrische Ladung gespeichert.
Zu einem Zeitpunkt, bevor die Leseperiode Pdet beginnt, setzt die Steuerschaltung 122 das Rücksetzsignal RST2 auf eine Tiefpegelspannung. Diese Operation stoppt den Betrieb der Rücksetzschaltung 17. Das Rücksetzsignal kann nur während der Rücksetzperiode Prst auf eine Hochpegelspannung gesetzt sein. Während der Leseperiode Pdet führt die Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 die Gate-Ansteuersignale Vgcl(1), ..., Vgcl(M) den Gate-Leitungen GCL in der gleichen Weise wie während der Rücksetzperiode Prst sequentiell zu.
Spezifisch führt die Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 das Gate-Ansteuersignal Vgcl(1) mit der Hochpegelspannung (Leistungsversorgungsspannung VDD) der Gate-Leitung GCL(1) während einer Periode V(1) zu. Die Steuerschaltung 122 führt die Auswahlsignale ASW1, ..., ASW6 während einer Periode, in der sich das Gate-Ansteuersignal Vgcl(1) auf der Hochpegelspannung (Leistungsversorgungsspannung VDD) befindet, der Signalleitungsauswahlschaltung 16 sequentiell zu. Diese Operation koppelt die Signalleitungen SGL der durch das Gate-Ansteuersignal Vgcl(1) ausgewählten Teildetektionsbereiche PAA sequentiell oder gleichzeitig an die Detektionsschaltung 48. Im Ergebnis wird das Detektionssignal Vdet für jeden der Teildetektionsbereiche PAA der Detektionsschaltung 48 zugeführt. Von dann, wenn das Gate-Ansteuersignal Vgcl(1) auf den hohen Pegel gesetzt wird, bis dann, wenn begonnen wird, das erste Auswahlsignal ASW1 zuzuführen, vergeht z. B. eine Zeit von etwa 20 us (im Wesentlichen 20 us), während eine Zeit von etwa 60 us (im Wesentlichen 60 us) vergeht, während jedes der Auswahlsignale ASW1, ..., ASW6 zugeführt wird. Eine derartige Hochgeschwindigkeitsreaktion kann unter Verwendung von Dünnschichttransistoren (TFTs) erreicht werden, die unter Verwendung von Niedertemperatur-Polysilicium (LTPS) hergestellt werden, das eine Beweglichkeit von im Wesentlichen 40 cm²/Vs aufweist.
In der gleichen Weise führt die Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 die Gate-Ansteuersignale Vgcl(2), ..., Vgcl(M - 1), Vgcl(M) mit der Hochpegelspannung den Gate-Leitungen GCL(2), ..., GCL(M -1), GCL(M) jeweils während der Perioden V(2), ..., V(M - 1), V(M) zu. Das heißt, die Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 führt das Gate-Ansteuersignal Vgcl der Gate-Leitung GCL während jeder der Perioden V(1), V(2), ..., V(M - 1), V(M) zu. Die Signalleitungsauswahlschaltung 16 wählt basierend auf dem Auswahlsignal ASW jede der Signalleitungen SGL in jeder Periode sequentiell aus, in der das Gate-Ansteuersignal Vgcl auf die Hochpegelspannung gesetzt ist. Die Signalleitungsauswahlschaltung 16 koppelt jede der Signalleitungen SGL sequentiell an eine Detektionsschaltung 48. Folglich kann die Detektionsvorrichtung 1 die Detektionssignale Vdet aller Teildetektionsbereiche PAA während der Leseperiode Pdet an die Detektionsschaltung 48 ausgeben.
8 ist eine graphische Darstellung der Zeitsteuerungs-Signalform, die ein Betriebsbeispiel während einer Ansteuerperiode einer der Gate-Leitungen veranschaulicht, die in einer Leseperiode Auslesen in 7 enthalten ist. Bezüglich 8 beschreibt das Folgende das Betriebsbeispiel während der Zufuhrperiode Auslesen eines der Gate-Ansteuersignale Vgcl(j) in 7. In 7 ist das Bezugszeichen des Zufuhrperiode „Auslesen“ dem ersten Gate-Ansteuersignal Vgcl(1) zugewiesen, wobei das gleiche für die anderen Gate-Ansteuersignale Vgcl(2), ..., Vgcl(M) gilt. Der Index j ist irgendeine der natürlichen Zahlen 1 bis M.
Wie in den 8 und 4 veranschaulicht ist, ist ein Ausgang (V_out) jedes der dritten Schaltelemente TrS im Voraus auf das Referenzpotential (Vref) rückgesetzt worden. Das Referenzpotential (Vref) dient als eine Rücksetzspannung und ist z. B. auf 0,75 V gesetzt. Dann wird das Gate-Ansteuersignal Vgcl(j) auf einen hohen Pegel gesetzt, wobei die ersten Schalttransistoren Tr einer entsprechenden Zeile eingeschaltet werden. Folglich wird jede der Signalleitungen SGL jeder Zeile auf eine Spannung gesetzt, die der in dem Kondensator (kapazitiven Element Ca) des Teildetektionsbereichs PAA gespeicherten elektrischen Ladung entspricht. Nachdem eine Periode t1 von einem Anstieg des Gate-Ansteuersignals Vgcl(j) vergangen ist, beginnt eine Periode t2, in der das Auswahlsignal ASW(k) auf einen hohen Pegel gesetzt ist. Nachdem das Auswahlsignal ASW(k) auf den hohen Pegel gesetzt worden ist und das dritte Schaltelement TrS eingeschaltet worden ist, wird der Ausgang (Vout) des dritten Schaltelements TrS (siehe 4) durch die in dem Kondensator (kapazitiven Element Ca) des Teildetektionsbereichs PAA gespeicherte elektrische Ladung auf eine Spannung geändert, die der elektrischen Ladung entspricht, die in dem Kondensator (kapazitiven Element Ca) des Teildetektionsbereichs PAA gespeichert ist, der durch das dritte Schaltelement TrS an die Detektionsschaltung 48 gekoppelt ist, (Periode t3). Im Beispiel nach 8 wird diese Spannung von der Rücksetzspannung verringert, wie in der Periode t3 veranschaulicht ist. Dann, nachdem ein fünfter Schalter SSW eingeschaltet worden ist, (Hochpegelperiode t4 eines SSW-Signals), bewegt sich die im Kondensator (kapazitiven Element Ca) des Teildetektionsbereichs PAA gespeicherte elektrische Ladung zu einem Kondensator (kapazitiven Element Cb) des Detektionssignalverstärkers 42 der Detektionsschaltung 48, wobei die Ausgangsspannung des Detektionssignalverstärkers 42 auf eine Spannung gesetzt wird, die der im kapazitiven Element Cb gespeicherten elektrischen Ladung entspricht. Zu diesem Zeitpunkt ist das Potential eines invertierenden Eingangsabschnitts des Detektionssignalverstärkers 42 auf ein imaginäres Kurzschlusspotential des Operationsverstärkers gesetzt, wobei es deshalb zu dem Referenzpotential (Vref) zurückkehrt. Der A/D-Umsetzer 43 liest die Ausgangsspannung des Detektionssignalverstärkers 42. Im Beispiel nach 8 werden die Signalformen der Auswahlsignale ASW(k), ASW(k + 1), ..., die den Signalleitungen SGL der jeweiligen Spalten entsprechen, auf einen hohen Pegel gesetzt, um die dritten Schaltelemente TrS sequentiell einzuschalten, wobei die gleiche Operation sequentiell ausgeführt wird. Diese Operation liest die in den Kondensatoren (kapazitiven Elementen Ca) der an die Gate-Leitung GCL gekoppelten Teildetektionsbereiche PAA gespeicherten elektrischen Ladungen sequentiell aus. ASW(k), ASW(k + 1), ... in 8 sind z. B. irgendwelche ASW 1 bis 6 in 7.
Nach dem Beginn der Periode t4, in der der Schalter SSW eingeschaltet ist, bewegt sich spezifisch die elektrische Ladung vom Kondensator (kapazitiven Element Ca) des Teildetektionsbereichs PAA zum Kondensator (kapazitiven Element Cb) des Detektionssignalverstärkers 42 der Detektionsschaltung 48. Zu diesem Zeitpunkt wird der nichtinvertierende Eingang (+) des Detektionssignalverstärkers 42 auf das Referenzpotential (Vref) (z. B. 0,75 [V]) vorgespannt. Im Ergebnis wird außerdem der Ausgang (Vout) des dritten Schaltelements TrS aufgrund des imaginären Kurzschlusses zwischen den Eingangsenden des Detektionssignalverstärkers 42 auf das Referenzpotential (Vref) gesetzt. Die Spannung des kapazitiven Elements Cb wird auf eine Spannung gesetzt, die der elektrischen Ladung entspricht, die im Kondensator (kapazitiven Element Ca) des Teildetektionsbereichs PAA an einer Stelle gespeichert ist, an der das dritte Schaltelement TrS in Reaktion auf das Auswahlsignal ASW(k) eingeschaltet ist. Nachdem der Ausgang (V_out) des dritten Schaltelements TrS aufgrund des imaginären Kurzschlusses auf das Referenzpotential (Vref) gesetzt worden ist, erreicht der Ausgang des Detektionssignalverstärkers 42 eine Kapazität, die der Spannung des kapazitiven Elements Cb entspricht, wobei diese Ausgangsspannung durch den A/D-Umsetzer 43 gelesen wird. Die Spannung des kapazitiven Elements Cb ist z. B. eine Spannung zwischen zwei Elektroden in einem Kondensator, der das kapazitive Element Cb bildet.
Die Periode t1 beträgt z. B. 20 [µs]. Die Periode t2 beträgt z. B. 60 [µs]. Die Periode t3 beträgt z. B. 44,7 [µs]. Die Periode t4 beträgt z. B. 0,98 [µs].
Obwohl die 7 und 8 das Beispiel veranschaulichen, in dem die Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 die Gate-Leitung GCL einzeln auswählt, ist die Anzahl der auszuwählenden Gate-Leitungen GCL nicht auf dieses Beispiel eingeschränkt. Die Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 kann gleichzeitig eine vorgegebene Anzahl (zwei oder mehr) der Gate-Leitungen GCL auswählen und die Gate-Ansteuersignale Vgcl den Gate-Leitungen GCL in Einheiten der vorgegebenen Anzahl der Gate-Leitungen GCL sequentiell zuführen. Außerdem kann die Signalleitungsauswahlschaltung 16 gleichzeitig eine vorgegebene Anzahl (zwei oder mehr) der Signalleitungen SGL an eine Detektionsschaltung 48 koppeln. Überdies kann die Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 einige der Gate-Leitungen GCL überspringen und die verbleibenden abtasten. Der Dynamikbereich beträgt z. B. etwa 10³, wenn die Belichtungsperiode Pex etwa 4,3 ms beträgt. Durch das Setzen der Rahmenrate auf etwa 4,4 fps (im Wesentlichen 4,4 fps) kann eine hohe Auflösung erreicht werden.
Die Detektionsvorrichtung 1 kann einen Fingerabdruck basierend auf einer Kapazität detektieren. Spezifisch wird das kapazitive Element Ca verwendet. Zuerst werden alle kapazitiven Elemente Ca jeweils mit einer vorgegebenen elektrischen Ladung aufgeladen. Dann berührt ein Finger Fg den Detektionsbereich AA, wobei dadurch die den Unebenheiten des Fingerabdrucks entsprechende Kapazität zu dem kapazitiven Element Ca jeder der Zellen hinzugefügt wird. Folglich kann in der gleichen Weise wie die Erfassung der Ausgabe von jedem der Teildetektionsbereiche PAA, die bezüglich der 7 und 8 beschrieben worden ist, ein Fingerabdruckmuster erzeugt werden, indem ermöglich wird, dass der Detektionssignalverstärker 42 und der A/D-Umsetzer 43 die Kapazität lesen, die durch die Ausgabe von dem kapazitiven Element Ca jeder der Zellen in dem Zustand angegeben wird, in dem sich der Finger Fg mit dem Detektionsbereich AA in Kontakt befindet. Dieses Verfahren ermöglicht, dass ein Fingerabdruck unter Verwendung eines Kapazitätsverfahrens detektiert wird. Vorzugsweise wird eine Struktur verwendet, bei der der Abstand zwischen dem Kondensator des Teildetektionsbereichs PAA und einem zu detektierenden Objekt, wie z. B. einem Fingerabdruck, in einen Bereich von 100 um bis 300 um gesetzt ist.
Das Folgende beschreibt ein Betriebsbeispiel des Sensors 10, der ersten Lichtquellen 61 und der zweiten Lichtquellen 62. 9 ist eine erklärende graphische Darstellung zum Erklären einer Beziehung zwischen dem Ansteuern des Sensors und den Beleuchtungsoperationen der Lichtquellen in der Detektionsvorrichtung.
Wie in 9 veranschaulicht ist, führt die Detektionsvorrichtung 1 während jeder der Perioden t(1) bis t(4) die oben beschriebene Verarbeitung in der Rücksetzperiode Prst, der effektiven Belichtungsperiode Pex{(1), ..., (M)} und der Leseperiode Pdet aus. Während der Rücksetzperiode Prst und der Leseperiode Pdet führt die Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 das Abtasten von der Gate-Leitung GCL(1) bis zur Gate-Leitung GCL(M) sequentiell aus.
Während der Periode t(1) sind die zweiten Lichtquellen 62 eingeschaltet und sind die ersten Lichtquellen 61 ausgeschaltet. Im Ergebnis fließen in der Detektionsvorrichtung 1 basierend auf dem von den zweiten Lichtquellen 62 emittierten zweiten Licht L62 Ströme von den Photodioden PD durch die Signalleitungen SGL zur Detektionsschaltung 48. Während der Periode t(2) sind die ersten Lichtquellen 61 eingeschaltet und sind die zweiten Lichtquellen 62 ausgeschaltet. Im Ergebnis fließen in der Detektionsvorrichtung 1 basierend auf dem von den ersten Lichtquellen 61 emittierten ersten Licht L61 Ströme von den Photodioden PD durch die Signalleitungen SGL zur Detektionsschaltung 48. In der gleichen Weise sind während der Periode t(3) die zweiten Lichtquellen 62 eingeschaltet und sind die ersten Lichtquellen 61 ausgeschaltet; wobei während der Periode t(4) die ersten Lichtquellen 61 eingeschaltet sind und die zweiten Lichtquellen 62 ausgeschaltet sind.
In dieser Weise wird verursacht, dass die ersten Lichtquellen 61 und die zweiten Lichtquellen 62 in Intervallen der Periode t in einer Zeitmultiplexweise eingeschaltet sind. Dieser Betrieb gibt die ersten Detektionssignale, die durch die Photodioden PD basierend auf dem ersten Licht L61 detektiert werden, und die zweiten Detektionssignale, die durch die Photodioden PD basierend auf dem zweiten Licht L62 detektiert werden, in einer Zeitmultiplexweise an die Detektionsschaltung 48 aus. Folglich wird unterdrückt, dass die ersten Detektionssignale und die zweiten Detektionssignale in einer gegenseitig überlagerten Weise zu der Detektionsschaltung 48 ausgegeben werden. Im Ergebnis kann die Detektionsvorrichtung 1 die verschiedenen Typen der biologischen Informationen gut detektieren.
Das Ansteuerverfahren der ersten Lichtquellen 61 und der zweiten Lichtquellen 62 kann gegebenenfalls geändert werden. In 9 wird z. B. abwechselnd veranlasst, dass die ersten Lichtquellen 61 und die zweiten Lichtquellen 62 in Intervallen der Periode t eingeschaltet sind. Das Ansteuerverfahren ist jedoch nicht darauf eingeschränkt. Die ersten Lichtquellen 61 können in aufeinanderfolgenden Perioden t eingeschaltet sein, wobei dann die zweiten Lichtquellen 62 in aufeinanderfolgenden Perioden t eingeschaltet sein können. Die ersten Lichtquellen 61 und die zweiten Lichtquellen 62 können in jeder Periode t gleichzeitig eingeschaltet sein. 9 veranschaulicht ein Beispiel des Vollzeit-Steuerverfahrens der Belichtung. Außerdem können bei dem Steuerverfahren der Belichtung während der Abtastzeit der Gate-Leitung die ersten Lichtquellen 61 und die zweiten Lichtquellen 62 abwechselnd in Intervallen der Periode t in der gleichen Weise wie in 9 angesteuert werden.
10 ist eine erklärende graphische Darstellung zum Erklären einer Beziehung zwischen dem Ansteuern des Sensors und den Beleuchtungsoperationen der Lichtquellen, die anders als die Beziehung nach 9 ist. In dem in 10 veranschaulichten Beispiel sind die ersten Lichtquellen 61 und die zweiten Lichtquellen 62 während der effektiven Belichtungsperiode Pex eingeschaltet und während der Rücksetzperiode Prst und der Leseperiode Pdet ausgeschaltet. Durch diese Operationen kann die Detektionsvorrichtung 1 die für die Detektion erforderliche Leistungsaufnahme verringern.
Die Beleuchtungsoperationen sind nicht auf das in 10 veranschaulichte Beispiel eingeschränkt. Die ersten Lichtquellen 61 und die zweiten Lichtquellen 62 können während aller Perioden einschließlich der Rücksetzperiode Prst, der effektiven Belichtungsperiode Pex und der Leseperiode Pdet kontinuierlich eingeschaltet sein. Während der effektiven Belichtungsperiode Pex können entweder die ersten Lichtquellen 61 oder die zweiten Lichtquellen 62 eingeschaltet sein, wobei die ersten Lichtquellen 61 und die zweiten Lichtquellen 62 in Intervallen der Periode t abwechselnd eingeschaltet sein können.
Die 11 und 12 sind Seitenansichten, die eine Beziehung zwischen dem Sensor und den ersten und den zweiten Lichtquellen der Detektionsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform schematisch veranschaulichen. Die 11 und 12 veranschaulichen Betriebsbeispiele, wenn sich die relativen Positionsbeziehungen zwischen dem Finger Fg und dem Sensor 10 voneinander unterscheiden. Wie in den 11 und 12 veranschaulicht ist, weist das Sensorbasiselement 21 eine erste gekrümmte Oberfläche Sa1 und eine zweite gekrümmte Oberfläche Sa2 auf der gegenüberliegenden Seite der ersten gekrümmten Oberfläche Sa1 auf. Die erste gekrümmte Oberfläche Sa1 ist einer konvexen Weise in einer Richtung von der zweiten gekrümmten Oberfläche Sa2 in Richtung der ersten gekrümmten Oberfläche Sa1 gekrümmt. Die zweite gekrümmte Oberfläche Sa2 ist entlang der Oberfläche des Fingers Fg in einer konkaven Weise gekrümmt. Die erste gekrümmte Oberfläche Sa1 ist mit den Photodioden PD versehen. Das Sensorbasiselement 21 kann ein lichtdurchlässiges filmförmiges Harzmaterial sein oder kann ein gekrümmtes Glassubstrat sein.
Mehrere erste Lichtquellen 61-1, 61-2 und 61-3 sind entlang der ersten gekrümmten Oberfläche Sa1 vorgesehen und emittieren das erste Licht L61 in verschiedenen Richtungen. Mehrere zweite Lichtquellen 62-1, 62-2 und 62-3 sind so vorgesehen, dass sie der zweiten gekrümmten Oberfläche Sa2 zugewandt sind und das zweite Licht L62 in verschiedenen Richtungen emittieren. Die erste Lichtquelle 61-1 und die zweite Lichtquelle 62-3 sind angeordnet, um den Finger Fg dazwischen einzufügen und das erste Licht L61 und das zweite Licht L62 in den entgegengesetzten Richtungen zu emittieren. In der gleiche Weise sind die erste Lichtquelle 61-2 und die zweite Lichtquelle 62-2 angeordnet, um den Finger Fg dazwischen einzufügen und das erste Licht L61 und das zweite Licht L62 in den entgegengesetzten Richtungen zu emittieren. Die erste Lichtquelle 61-3 und die zweite Lichtquelle 62-1 sind angeordnet, um den Finger Fg dazwischen einzufügen und das erste Licht L61 und das zweite Licht L62 in den entgegengesetzten Richtungen zu emittieren.
In der folgenden Beschreibung werden die ersten Lichtquellen 61-1, 61-2 und 61-3 jeweils als die erste Lichtquelle 61 bezeichnet, wenn sie nicht voneinander unterschieden werden müssen, während die zweiten Lichtquellen 62-1, 62-2 und 62-3 jeweils als die zweiten Lichtquellen 62 bezeichnet werden, wenn sie nicht voneinander unterschieden werden müssen.
Obwohl dies in den 11 und 12 nicht veranschaulicht ist, weisen sowohl das erste Lichtquellenbasiselement 51 als auch das zweite Lichtquellenbasiselement 52 eine gekrümmte Form entlang der Oberfläche des Fingers Fg auf. Alternativ kann ein Lichtquellenbasiselement in einer Ringform ausgebildet sein, so dass es den Finger Fg umgibt, wobei die ersten Lichtquellen 61 und die zweiten Lichtquellen 62 an der inneren Umfangsfläche des Lichtquellenbasiselements vorgesehen sein können.
13 ist eine schematische Ansicht, die eine beispielhafte Positionsbeziehung zwischen der zweiten Lichtquelle 62, dem Sensor 10 und einem Blutgefäß VB im Finger Fg veranschaulicht. Das von der zweiten Lichtquelle 62 (wenigstens einer oder mehreren der zweiten Lichtquellen 62-1, 62-2 und 62-3) emittierte zweite Licht L62 wird durch den Finger Fg durchgelassen und tritt in die Photodiode PD jedes der Teildetektionsbereiche PAA ein. Zu diesem Zeitpunkt ändert sich die Lichtdurchlässigkeit des zweiten Lichts L62 durch den Finger Fg in Übereinstimmung mit der Pulsation des Blutgefäßes VB im Finger Fg. Deshalb kann die Pulsfrequenz basierend auf den Perioden der Variation (Amplitude) des Detektionssignals Vdet während einer Zeitdauer berechnet werden, die länger als die oder gleich der Pulsationsperiode des Blutgefäßes VB ist.
Bei der Berechnung der Pulsfrequenz basierend auf der Periode der Variation (Amplitude) des Detektionssignals Vdet können Informationen zum Berechnen der Pulsfrequenz durch das Ausführen der Berechnung basierend auf dem Detektionssignal Vdet mit einer größeren Amplitude weiterhin zuverlässiger erfasst werden.
14 ist eine schematische Ansicht, die mehrere Positionen (die Positionen P1, P2, P3, P4, P5 und P6) der Teildetektionsbereiche PAA in der Photodiode PD veranschaulicht, die beispielhaft festgelegt sind, wenn der durch die Photodioden PD ausgebildete ebene Detektionsbereich AA, der so vorgesehen ist, dass er dem Finger Fg zugewandt ist, in einer Draufsicht betrachtet wird. 15 ist eine graphische Darstellung, die Beispiele der zeitlichen Änderung der Detektionssignale Vdet veranschaulicht, die an den in 14 veranschaulichten Positionen erfasst worden sind. Eine Linie L1 in 15 gibt ein Beispiel der zeitlichen Änderung des Detektionssignals Vdet von dem Teildetektionsbereich PAA an der Position P1 nach 14 an. Eine Linie L2 in 15 gibt ein Beispiel der zeitlichen Änderung des Detektionssignals Vdet von dem Teildetektionsbereich PAA an der Position P2 nach 14 an. Eine Linie L3 in 15 gibt ein Beispiel der zeitlichen Änderung des Detektionssignals Vdet von dem Teildetektionsbereich PAA an der Position P3 nach 14 an. Eine Linie L4 in 15 gibt ein Beispiel der zeitlichen Änderung des Detektionssignals Vdet von dem Teildetektionsbereich PAA an der Position P4 nach 14 an. Eine Linie L5 in 15 gibt ein Beispiel der zeitlichen Änderung des Detektionssignals Vdet von dem Teildetektionsbereich PAA an der Position P5 nach 14 an. Eine Linie L6 in 15 gibt ein Beispiel der zeitlichen Änderung des Detektionssignals Vdet von dem Teildetektionsbereich PAA an der Position P6 nach 14 an.
Das Detektionssignal Vdet von dem Teildetektionsbereich PAA der dem Finger Fg zugewandten Photodiode PD, der an der Position P5 nah bei der Mitte der spitzen Seite des Fingers Fg in 14 vorgesehen ist, weist die durch die Linie L5 in 15 angegebene zeitliche Änderung auf. Spezifisch weist die Linie L5 eine Amplitude auf, bei der sich der Anstieg und der Abfall der Ausgabe des Detektionssignals Vdet, die z. B. als eine erste Spitze Max1, ein erster Tiefpunkt Min1, eine zweite Spitze Max2, ein zweiter Tiefpunkt Min2, eine dritte Spitze Max3, ...., quantifiziert sind, abwechseln. Die Ausgabewerte der ersten Spitze Max1, der zweiten Spitze Max2 und der dritten Spitze Max3 sind größer als die Ausgabewerte des ersten Tiefpunkts Min1 und des zweiten Tiefpunkts Min2. Folglich tritt eine erste Variation Pd1 von der Spitze abwärts von der ersten Spitze Max1 in Richtung des ersten Tiefpunkts Min1 auf der Linie L5 auf. Eine erste Variation Pu1 von der Spitze aufwärts tritt vom ersten Tiefpunkt Min1 in Richtung der zweiten Spitze Max2 auf der Linie L5 auf. Eine zweite Variation Pd2 von der Spitze abwärts tritt von der zweiten Spitze Max2 in Richtung des zweiten Tiefpunkts Min2 auf der Linie L5 auf. Eine zweite Variation Pu2 von der Spitze aufwärts tritt vom zweiten Tiefpunkt Min2 in Richtung der dritten Spitze Max3 auf der Linie L5 auf. In dieser Weise weist die Linie L5 die Variation (Amplitude) des Detektionssignals Vdet, die die Variation von der Spitze aufwärts und die Variation von der Spitze abwärts wiederholt, einschließlich der Bereiche, die in 15 nicht durch Bezugszeichen bezeichnet sind, auf. Hier entspricht ein Satz einer Variation von der Spitze aufwärts und einer Variation von der Spitze abwärts, die nacheinander auftreten, einer Pulsation, die in dem Blutgefäß VB auftritt.
In der gleichen Weise wie der Linie L5 zeigt jede der Linien L1, L2, L3, L4 und L6 außerdem die Variation (Amplitude) des Detektionssignals Vdet, die die Variation von der Spitze aufwärts und die Variation von der Spitze abwärts wiederholt. In dieser Weise weist jeder der Ausgänge der Detektionssignale Vdet von den Teildetektionsbereichen PAA, die an den verschiedenen Positionen P1, P2, P3, P4, P5 und P6 im Detektionsbereich AA vorgesehen sind, die Variation auf, die der Lichtdurchlässigkeit des zweiten Lichts L62 entspricht, die sich in Übereinstimmung mit der Pulsation des Blutgefäßes VB ändert.
Wie in den Beispielen nach 14 und 15 veranschaulicht ist, ändert sich der Grad der Variation (Amplitude) des Detektionssignals Vdet abhängig von der Position, an der der Teildetektionsbereich PAA dem Finger Fg zugewandt ist. Die Grade der Amplitude der Linie L1 und der Linie L6 sind z. B. deutlich kleiner als der Grad der Amplitude der Linie L5. Wenn die Informationen, die die Variation (Amplitude) des Detektionssignals Vdet in Übereinstimmung mit der im Blutgefäß VB auftretenden Pulsation darstellen, kontinuierlich zuverlässiger erfasst werden sollen, wird folglich der an der Position P5 vorgesehene Teildetektionsbereich PAA als vorteilhafter als die an der Position P1 und der Position P6 vorgesehenen Teildetektionsbereiche PAA betrachtet.
Wie aus dem Unterschied in der Positionsbeziehung des Sensors 10 mit dem Finger Fg zwischen den 11 und 12 ersichtlich ist, kann der Sensor 10 während des Gebrauchs von einem lebenden Körpergewebe, wie z. B. dem Finger Fg, verschoben werden. Wenn eine derartige Positionsverschiebung auftritt, kann sich der Grad der Variation (Amplitude) des Detektionssignals Vdet an jeder der Positionen (z.B. den Positionen P1, ..., P6), die mit den Teildetektionsbereichen PAA versehen sind, zwischen Zeitpunkten vor und nach einer vorgegebenen Zeit (wie z. B. einer vorgegebenen Periode Pt in 16, die später erklärt wird) ändern.
Deshalb führt der Ausgabeprozessor 50 der vorliegenden Ausführungsform eine Verarbeitung (Brennpunktverarbeitung) zum Identifizieren des Teildetektionsbereichs PAA aus, in dem der Grad der Variation (Amplitude) des Detektionssignals Vdet größer ist. Spezifisch erfasst der Ausgabeprozessor 50 das Detektionssignal Vdet während einer vorgegebenen Periode für jeden der Teildetektionsbereiche PAA. Der Ausgabeprozessor 50 identifiziert die Variation von der Spitze abwärts oder die Variation von der Spitze aufwärts, die den größten Unterschied zwischen der Spitze und dem Tiefpunkt unter den Variationen von der Spitze abwärts und den Variationen von der Spitze aufwärts aufweist, die durch die Detektionssignale Vdet erzeugt worden sind, die während der vorgegebenen Periode von den Teildetektionsbereichen PAA ausgegeben worden sind. Der Ausgabeprozessor 50 identifiziert den Teildetektionsbereich PAA, der das Detektionssignal Vdet ausgegeben hat, das die identifizierte Variation von der Spitze abwärts oder Variation von der Spitze aufwärts erzeugt hat.
Die Stellen, an denen der Grad der Variation (Amplitude) des Detektionssignals Vdet erfasst wird, sind nicht auf die Positionen P1, P2, P3, P4, P5 und P6 eingeschränkt. Der Ausgabeprozessor 50 kann die Grade der Variation (Amplitude) der Detektionssignale Vdet für alle im Sensor 10 vorgesehenen Teildetektionsbereiche PAA einzeln erfassen oder kann einige der Teildetektionsbereiche PAA durch das Abtasten mehrerer der Teildetektionsbereiche PAA extrahieren und die Grade der Variation (Amplitude) der Detektionssignale Vdet aus den extrahierten Teilen einzeln erfassen.
In der vorliegenden Ausführungsform erfasst der Ausgabeprozessor 50 einzeln die Grade der Variation (Amplitude) der Detektionssignale Vdet für alle im Sensor 10 vorgesehenen Teildetektionsbereiche PAA, wobei er die Brennpunktverarbeitung ausführt und die Daten basierend auf dem Detektionssignal Vdet vom dem durch die Brennpunktverarbeitung identifizierten Teildetektionsbereich PAA als die Pulswellendaten ausgibt. Die Pulswellendaten können die Daten sein, die die Informationen enthalten, die die Frequenz der während der vorgegebenen Periode erzeugten Amplitude repräsentieren, können die Daten sein, die die Informationen enthalten, die einen Wert der Pulsfrequenz repräsentieren, der durch den Ausgabeprozessor 50 basierend auf einem vorgegebenen Berechnungsausdruck basierend auf einer Beziehung zwischen der Einheitszeit (wie z. B. einer Minute) der Pulsfrequenz und einer vorgegebenen Periode berechnet wird, oder können die Daten sein, die die Informationen enthalten, die die Änderung des Detektionssignals Vdet selbst repräsentieren, die z. B. durch die Linie L1 gezeichnet werden kann.
16 ist ein Zeitdiagramm zum Erklären einer Beziehung zwischen der vorgegebenen Periode Pt und der Ausgabe von dem durch die Brennpunktverarbeitung identifizierten Teildetektionsbereich PAA. In der vorliegenden Ausführungsform wird das Detektionssignal Vdet, das während der vorgegebenen Periode Pt vom ersten Zeitpunkt Ta bis zum zweiten Zeitpunkt Tb den größten Grad der Variation aufweist, unter den Detektionssignalen Vdet identifiziert, die von den jeweiligen Teildetektionsbereichen PAA während der vorgegebenen Periode Pt erfasst worden sind. Die Daten la basierend auf dem identifizierten Detektionssignal Vdet werden als die Pulswellendaten während der vorgegebenen Periode Pt vom ersten Zeitpunkt Ta bis zum zweiten Zeitpunkt Tb ausgegeben. Das Detektionssignal Vdet, das während der vorgegebenen Periode Pt vom zweiten Zeitpunkt Tb bis zum dritten Zeitpunkt Tc den größten Grad der Variation aufweist, wird unter den Detektionssignalen Vdet identifiziert, die von den jeweiligen Teildetektionsbereichen PAA während der vorgegebenen Periode Pt erfasst worden sind. Die Daten Ib basierend auf dem identifizierten Detektionssignal Vdet werden als die Pulswellendaten während der vorgegebenen Periode Pt vom zweiten Zeitpunkt Tb bis zum dritten Zeitpunkt Tc ausgegeben. Das Detektionssignal Vdet, das während der vorgegebenen Periode Pt vom dritten Zeitpunkt Tc bis zum vierten Zeitpunkt Td den größten Grad der Variation aufweist, wird unter den Detektionssignalen Vdet identifiziert, die von den jeweiligen Teildetektionsbereichen PAA während einer Periode bis zur vorgegebenen Periode Pt erfasst worden sind. Die Daten Ic basierend auf dem identifizierten Detektionssignal Vdet werden als die Pulswellendaten während der vorgegebenen Periode Pt vom dritten Zeitpunkt Tc bis zum vierten Zeitpunkt Td ausgegeben. In der gleichen Weise werden die Pulswellendaten außerdem für jede der vorgegebenen Perioden Pt nach dem vierten Zeitpunkt Td ausgegeben.
Die vorgegebene Periode Pt ist eine Periode, die mehrere Zeitpunkte der Ausgabe des Detektionssignals Vdet enthält, während der eine Amplitudensignalform, die durch das Kombinieren der aufeinanderfolgenden Variation von der Spitze aufwärts und Variation von der Spitze abwärts erhalten wird, ein- oder mehrmals abgeleitet wird. Die vorgegebene Periode Pt wird im Voraus festgelegt. Die vorgegebene Periode Pt beträgt z. B. vier Sekunden, ist aber nicht darauf eingeschränkt und kann gegebenenfalls geändert werden.
17 ist ein Ablaufplan, der einen beispielhaften Verarbeitungsablauf zum Ausgeben der Pulswellendaten in der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Der Ausgabeprozessor 50 erfasst die Ausgabe (das Detektionssignal Vdet) jedes der optischen Sensoren (z. B. der Photodioden PD) (Schritt S1). Der Ausgabeprozessor 50 wiederholt die Verarbeitung im Schritt S1, bis die vorgegebene Periode Pt vergangen ist (nein im Schritt S2). Nachdem die vorgegebene Periode Pt vergangen ist, (ja im Schritt S2), erfasst der Ausgabeprozessor 50 die Grade der Variation der Ausgaben (Detektionssignale Vdet) der jeweiligen optischen Sensoren (Photodioden PD) (Schritt S3). Der Ausgabeprozessor 50 identifiziert einen optischen Sensor, der die Ausgabe mit dem größten Grad der Variation unter den Graden der Variation der Ausgaben (Detektionssignale Vdet), die durch die Verarbeitung im Schritt S3 erfasst worden sind, erzeugt hat, (Schritt S4). Der Ausgabeprozessor 50 verwendet die Daten basierend auf der Ausgabe (dem Detektionssignal Vdet) des optischen Sensors, der durch die Verarbeitung im Schritt S4 identifiziert worden ist, als die Pulswellendaten (Schritt S5). Wenn der Betrieb der Detektionsvorrichtung 1 nicht beendet ist (nein im Schritt S6), wird die Verarbeitung im Schritt S1 abermals ausgeführt. Falls der Betrieb der Detektionsvorrichtung 1 beendet ist (ja im Schritt S6), endet der Prozess.
Obwohl das Obige die Erfassung der Pulswellendaten basierend auf dem Detektionssignal Vdet mit dem größten Grad der Variation beschrieben hat, kann anstelle des Detektionssignals Vdet mit dem größten Grad der Variation das Detektionssignal Vdet mit dem höchsten Spitzenwert unter den Spitzenwerten (Max1, Max2, Max3, ...) verwendet werden. Das heißt, die Pulswellendaten können basierend auf dem Detektionssignal Vdet mit dem höchsten Spitzenwert erfasst werden.
Wie oben beschrieben worden ist, enthält gemäß der ersten Ausführungsform die Detektionsvorrichtung 1 die optischen Sensoren (z. B. die Photodioden PD), die in dem Detektionsbereich AA angeordnet sind, die Lichtquellen (z. B. die ersten Lichtquellen 61 und die zweiten Lichtquellen 62) zum Emittieren von Licht, das das zu detektierende Objekt (z. B. den Finger Fg) bestrahlt und durch die optischen Sensoren detektiert wird, und den Prozessor (z. B. den Ausgabeprozessor 50), der die Verarbeitung basierend auf den Ausgaben von den optischen Sensoren ausführt. Der Prozessor bestimmt basierend auf den Ausgaben der jeweiligen optischen Sensoren, die in einem Zyklus einer vorgegebenen Periode (z. B. der vorgegebenen Periode Pt) erhalten worden sind, den optischen Sensor, der die zu verwendende Ausgabe erzeugt hat, unter den optischen Sensoren. Bei dieser Konfiguration wird, selbst wenn sich die Positionsbeziehung zwischen den optischen Sensoren und dem zu detektierenden Objekt ändert, der optische Sensor, der die zu verwendende Ausgabe erzeugt hat, in dem Zyklus der vorgegebenen Periode geeignet bestimmt. Deshalb kann die Ausgabe in Reaktion auf die Änderung der Position im Zyklus der vorgegebenen Periode erhalten werden. Folglich ist es möglich, mit der Änderung der Positionsbeziehung zwischen den optischen Sensoren und dem zu detektierenden Objekt umzugehen.
Der Prozessor (z. B. der Ausgabeprozessor 50) verwendet die Ausgabe des optischen Sensors (z. B. der Photodiode PD), der während der vorgegebenen Periode (z. B. der vorgegebenen Periode Pt) die größte Ausgabe erzeugt hat oder der die Ausgabe mit dem größten Grad der Variation während der vorgegebenen Periode erzeugt hat. Diese Verarbeitung verwendet die Ausgabe des optischen Sensors, der während der vorgegebenen Periode die größte Ausgabe erzeugt hat oder der die Ausgabe mit dem größten Grad der Variation während der vorgegebenen Periode erzeugt hat, als die geeignetste Ausgabe zum Erhalten der Sensorausgabe Vo, die die Pulswellendaten enthält. Im Ergebnis kann die Genauigkeit der Pulswellendaten weiter verbessert werden, selbst wenn sich die Positionsbeziehung zwischen den optischen Sensoren und dem zu detektierenden Objekt ändert. Folglich ist es möglich, mit der Änderung der Positionsbeziehung zwischen den optischen Sensoren und dem zu detektierenden Objekt umzugehen.
Zweite Ausführungsform
Das Folgende beschreibt eine zweite Ausführungsform. Hinsichtlich der Beschreibung der zweiten Ausführungsform werden die gleichen Komponenten wie jene der ersten Ausführungsform durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht beschrieben.
In der ersten Ausführungsform wird der optische Sensor (die Photodiode PD), der die Ausgabe (das Detektionssignal Vdet) mit dem größten Grad der Variation erzeugt hat, identifiziert, wobei die auf der Ausgabe des optischen Sensors basierenden Daten als die Pulswellendaten verwendet werden. Die Pulswellendaten der zweiten Ausführungsform unterscheiden sich insofern von denen der ersten Ausführungsform, als die Daten auf einer Ausgabe aus dem Gruppenbereich (Gruppenbereich PAG) basieren, der den optischen Sensor (die Photodiode PD) enthält, der die Ausgabe (das Detektionssignal Vdet) mit dem größten Grad der Variation erzeugt hat.
Die 18 und 19 sind schematische graphische Darstellungen zum Erklären der Steuerung der Erfassung der Pulswellendaten auf einer Grundlage des Gruppenbereichs PAG. Obwohl die 18 und 19 schematische graphische Darstellungen sind, die durch das Vergrößern z. B. der Position P5 nach 14 und der Umgebung der Position P5 erhalten worden sind, ist die vorliegende Ausführungsform nicht auf diese graphischen Darstellungen eingeschränkt. Die 18 und 19 veranschaulichen beispielhaft einen Detektionsbereich des Sensors 10, in dem x × y = 6 × 6 der Gruppenbereiche PAG in einer Matrix mit einer Zeilen-Spalten-Konfiguration angeordnet sind. Um die Positionen von x × y = 6 × 6 der Gruppenbereiche PAG zu unterscheiden, werden die Koordinaten x1, x2, x3, x4, x5 und x6 in der ersten Richtung Dx zugewiesen, während die Koordinaten y1, y2, y3, y4, y5 und y6 in der zweiten Richtung Dy zugewiesen werden. Der Gruppenbereich PAG bei (x1, y1) bezieht sich z. B. auf den Gruppenbereich PAG, der einer Position entspricht, die durch das Kombinieren der Koordinate x1 mit der Koordinate y1 dargestellt wird. In den 18 und 19 ist eine vorgegebene Anzahl (z. B. x × y = 6 × 6) der Teildetektionsbereiche PAA, die in einer Matrix mit einer Zeilen-Spalten-Konfiguration angeordnet sind, beispielhaft gemeinsam als ein Gruppenbereich PAG definiert.
18 veranschaulicht ein Beispiel, bei dem sich das Blutgefäß VB in einem Bereich mit den Koordinaten y2, y3 und y4 befindet. Unter den in 18 veranschaulichten Teildetektionsbereichen PAA wird angenommen, dass sich der Teildetektionsbereich PAA, der die Ausgabe (das Detektionssignal Vdet) mit der größten Grad der Variation erzeugt, an einer Position Pmax1 im Gruppenbereich PAG bei (x5, y3) befindet.
19 veranschaulicht ein Beispiel, bei dem sich das Blutgefäß VB in einem Bereich mit den Koordinaten y3, y4 und y5 befindet. Der Unterschied zwischen den 18 und 19, d. h., der Unterschied zwischen den Positionen des Blutgefäßes VB, wird z. B. durch die Positionsverschiebung des Sensors 10 bezüglich des Fingers Fg verursacht (siehe 11 und 12). Wenn die Positionsverschiebung vom Zustand nach 18 zum Zustand nach 19 auftritt, wird die Position des Teildetektionsbereichs PAA, der die Ausgabe (das Detektionssignal Vdet) mit dem größten Grad der Variation erzeugt, von der Position Pmax1 zu einer Position Pmax2 im Gruppenbereich PAG bei (x5, y4) verschoben.
In der ersten Ausführungsform wird die Ausgabe (das Detektionssignal Vdet) von dem Teildetektionsbereich PAA an der Position Pmax1 als die Ausgabe während der vorgegebenen Periode Pt vor der Positionsverschiebung verwendet (siehe 18), während die Ausgabe (das Detektionssignal Vdet) von dem Teildetektionsbereich PAA an der Position Pmax2 als die Ausgabe während der vorgegebenen Periode Pt nach der Positionsverschiebung verwendet wird (siehe 19). Im Gegensatz werden in der zweiten Ausführungsform die Ausgaben (Detektionssignale Vdet) von den Teildetektionsbereichen PAA, die im Gruppenbereich PAG bei (x5, y3), der den Teildetektionsbereich PAA an der Position Pmax1 enthält, vorgesehen sind, als die Ausgaben während der vorgegebenen Periode Pt vor der Positionsverschiebung verwendet (siehe 18), während die Ausgaben (Detektionssignale Vdet) von den Teildetektionsbereichen PAA, die im Gruppenbereich PAG bei (x5, y4), der den Teildetektionsbereich PAA an der Position Pmax2 enthält, vorgesehen sind, während der vorgegebenen Periode Pt nach der Positionsverschiebung als die Ausgaben verwendet werden (siehe
19). In dieser Weise werden in der zweiten Ausführungsform die Ausgaben von dem Gruppenbereich PAG, der den Teildetektionsbereich PAA enthält, der die Ausgabe (das Detektionssignal Vdet) mit dem größten Grad der Variation erzeugt, verwendet.
20 ist eine erklärende graphische Darstellung, die Beispiele der Mittelwertbildungsverarbeitung der Ausgaben von den Teildetektionsbereichen PAA veranschaulicht. In der zweiten Ausführungsform wird, wenn die Ausgaben (Detektionssignale Vdet) von den Teildetektionsbereichen PAA, die in dem Gruppenbereich PAG vorgesehen sind, der den Teildetektionsbereich PAA enthält, der die Ausgabe (das Detektionssignal Vdet) mit dem größten Grad der Variation erzeugt, verwendet werden, die Mittelwertbildungsverarbeitung ausgeführt, um die Ausgaben von den Teildetektionsbereichen PAA zu mitteln. Bei der Mittelwertbildungsverarbeitung werden die Ausgaben (Detektionssignale Vdet) der jeweiligen Teildetektionsbereiche PAA unter Verwendung einer Analog-Digital-Umsetzung quantifiziert, um Ausgabewerte zu erhalten, werden die Ausgabewerte der Teildetektionsbereiche PAA addiert und wird die Summe der Ausgabewerte durch die Anzahl der Teildetektionsbereiche PAA geteilt, deren Ausgabewerte addiert worden sind.
In 20 gibt die Zeile „Ausgabewert“ der Tabellen die Ausgabewerte an, die durch das Quantifizieren der Ausgaben (Detektionssignale Vdet) von den jeweiligen Teildetektionsbereichen PAA erhalten werden. In jeder der Tabellen sind, um die Position jedes der Teildetektionsbereiche PAA zu unterscheiden, die Koordinaten xa, xb und xc in der ersten Richtung Dx zugewiesen, während die Koordinaten ya, yb, yc, yd, ye, yf und yg in der zweiten Richtung Dy zugewiesen sind. Das heißt, der Wert in einer Zelle der Tabelle gibt den Ausgabewert eines der Teildetektionsbereiche PAA an. Der Wert in jeder Zelle ist lediglich beispielhaft und gibt nicht an, dass der Ausgabewert jedes der Teildetektionsbereiche PAA auf den Wert in der Zelle eingeschränkt ist.
Der Wert in jeder Zelle ist der gleiche unter den Tabellen in der Zeile „Ausgabewerte“ der Spalte „ohne Mittelwertbildungsverarbeitung“, der Spalte „Beispiel 1 der Mittelwertbildungsverarbeitung (drei)“ und der Spalte „Beispiel 2 der Mittelwertbildungsverarbeitung (fünf)“ in 20. Während der in jeder Zelle der Tabellen angegebene Ausgabewert ein Ausgabewert zu einem bestimmten Zeitpunkt ist, sind die in der Zeile „Graph“ veranschaulichten Graphen der Ausgabewerte Graphen, die jeweils angeben, wie sich der Ausgabewert, der während einer Periode (z. B. der vorgegebenen Periode Pt), die den bestimmten Zeitpunkt enthält, mehrmals erhalten worden ist, während der Periode verändert hat.
Eine Linie La in dem Graphen „ohne Mittelwertbildungsverarbeitung“ nach 20 gibt die zeitliche Änderung des Ausgabewerts jedes der Teildetektionsbereiche PAA an, wenn der Ausgabewert so verwendet wird, wie er ist. Eine Linie Lb in dem Graphen „Beispiel 1 der Mittelwertbildungsverarbeitung (drei)“ verwendet den Mittelwert der Ausgabewerte von drei der Teildetektionsbereiche PAA, die in einer Richtung (z. B. der zweiten Richtung Dy) kontinuierlich angeordnet sind. Wie in dem Graphen „Beispiel 1 der Mittelwertbildungsverarbeitung (drei)“ veranschaulicht ist, verringert das Ausführen der Mittelwertbildungsverarbeitung den Einfluss des Rauschens auf die Ausgabewerte und verdeutlicht folglich die Periodizität der Spitzen und Tiefpunkte, die durch die zeitliche Änderung der Ausgabewerte angegeben wird, weiter. Eine Linie Lc in dem Graphen „Beispiel 2 der Mittelwertbildungsverarbeitung (fünf)“ verwendet den Mittelwert der Ausgabewerte von fünf der in der einen Richtung kontinuierlich angeordneten Teildetektionsbereiche PAA. Durch das Vergrößern der Anzahl der Teildetektionsbereiche PAA mit den zu mittelnden Ausgabewerten wird der Einfluss verschiedener Typen des Rauschens, wie z. B. Vorrichtungsvariationen und Leistungsversorgungsrauschen, in den Ausgabewerten weiter verringert, wobei folglich die Periodizität der Spitzen und Tiefpunkte, die durch die zeitliche Änderung der Ausgabewerte angegeben wird, weiter verdeutlicht wird.
In 20 ist die Anzahl (vorgegebene Anzahl) der Teildetektionsbereiche PAA mit den zu mittelnden Ausgabewerten lediglich ein Beispiel zur Erklärung des Mittelwertbildungsverarbeitung. Die vorliegende Ausführungsform ist nicht auf dieses Beispiel eingeschränkt. In der zweiten Ausführungsform werden z. B. die Ausgabewerte der Teildetektionsbereiche PAA, die in einem der Gruppenbereiche PAG vorgesehen sind, der den Teildetektionsbereich PAA enthält, der die Ausgabe (das Detektionssignal Vdet) mit dem größten Grad der Variation erzeugt, gemittelt, wobei der gemittelte Wert als der Ausgabewert von dem Gruppenbereich PAG verwendet wird. In der zweiten Ausführungsform können die Ausgabewerte der Teildetektionsbereiche PAA, die in einem der Gruppenbereiche PAG vorgesehen sind, und die Ausgabewerte der Teildetektionsbereiche PAA, die in einem Gruppenbereich PAG in der Nähe des einen der Gruppenbereiche PAG vorgesehen sind, gemittelt werden, wobei der gemittelte Wert als der Ausgabewert des Gruppenbereichs PAG verwendet werden kann. Der Gruppenbereich PAG in der Nähe des einen der Gruppenbereiche PAG kann z. B. ein Gruppenbereich PAG sein, der dem einen der Gruppenbereiche PAG entlang der ersten Richtung Dx oder der zweiten Richtung Dy benachbart ist, oder kann mehrere Gruppenbereiche PAG sein, die zu dem einen der Gruppenbereiche PAG entweder entlang der ersten Richtung Dx oder entlang der zweiten Richtung Dy kontinuierlich angeordnet sind.
21 ist ein Ablaufplan, der einen beispielhaften Verarbeitungsablauf zum Ausgeben der Pulswellendaten in der zweiten Ausführungsform veranschaulicht. Der in 21 veranschaulichte Verarbeitungsablauf der zweiten Ausführungsform ist der gleiche wie der der Verarbeitung der ersten Ausführungsform, mit Ausnahme, dass die in 17 veranschaulichte Verarbeitung im Schritt S5 im Ablauf der Verarbeitung der ersten Ausführungsform durch die Verarbeitung im Schritt S15 ersetzt ist.
Der Ausgabeprozessor 50 führt als die Verarbeitung im Schritt S15 die Mittelwertbildungsverarbeitung aus, um die Ausgaben der Gruppenbereiche (Gruppenbereiche PAG) zu mitteln, die den optischen Sensor (die Photodiode PD des Teildetektionsbereichs PAA) enthalten, der durch die Verarbeitung bei Schritt S4 identifiziert worden ist, und erfasst die Pulswellendaten basierend auf der Amplitude, die durch die zeitliche Änderung des durch die Mittelwertbildungsverarbeitung erhaltenen Ausgabewerts angegeben ist.
Wie oben beschrieben worden ist, ist die zweite Ausführungsform mit Ausnahme der anderweitig erklärten Beziehungen die gleiche wie die erste Ausführungsform.
Gemäß der zweiten Ausführungsform enthält der Detektionsbereich AA mehrere Gruppenbereiche (z. B. die Gruppenbereiche PAG). Jeder der Gruppenbereiche enthält mehrere optische Sensoren (z. B. die Photodioden PD). Der Ausgabeprozessor 50 verwendet die Ausgabe des Gruppenbereichs, der den optischen Sensor enthält, der während der vorgegebenen Periode (z. B. der vorgegebenen Periode Pt) die größte Ausgabe erzeugt hat oder der die Ausgabe mit der größten Grad der Variation während der vorgegebenen Periode erzeugt hat. Diese Verarbeitung verwendet die Ausgabe des Gruppenbereichs, der den optischen Sensor enthält, der während der vorgegebenen Periode die größte Ausgabe erzeugt hat oder der während der vorgegebenen Periode die Ausgabe mit dem größten Grad der Variation erzeugt hat, als die geeignetste Ausgabe zum Erhalten der Sensorausgabe Vo, die die Pulswellendaten enthält. Im Ergebnis kann die Genauigkeit der Pulswellendaten weiter verbessert werden, selbst wenn sich die Positionsbeziehung zwischen den optischen Sensoren und dem zu detektierenden Objekt ändert. Folglich ist es möglich, mit der Änderung der Positionsbeziehung zwischen den optischen Sensoren und dem zu detektierenden Objekt umzugehen.
Die optischen Sensoren (z. B. die Photodioden PD) sind in einer Matrix mit einer Zeilen-Spalten-Konfiguration im Detektionsbereich AA angeordnet. Der Ausgabeprozessor 50 führt die Mittelwertbildungsverarbeitung aus, um die Ausgaben einer vorgegebenen Anzahl der optischen Sensoren zu mitteln, die zwei oder mehr benachbarte optische Sensoren und nicht alle optischen Sensoren sind, und bestimmt basierend auf der durch die Mittelwertbildungsverarbeitung gemittelten Ausgabe den optischen Sensor, dessen Ausgabe verwendet werden soll. Diese Operation verringert ferner den Einfluss der verschiedenen Typen des Rauschens im Ausgabewert und verdeutlicht folglich die Periodizität der Spitzen und der Tiefpunkte, die durch die zeitliche Änderung der Ausgabewerte angegeben werden, weiter. Folglich kann die Genauigkeit der Sensorausgabe Vo, wie z. B. der Pulswellendaten, weiter verbessert werden. Der spezifische Inhalt der Mittelwertbildungsverarbeitung ist nicht auf diese Verarbeitung eingeschränkt und kann gegebenenfalls geändert werden. Es können z. B. wenigstens eine der Gate-Leitungen GCL und mehrere der Signalleitungen SGL oder mehrere der Gate-Leitungen GCL und wenigstens eine der Signalleitungen SGL gemeinsam behandelt werden, wobei die Ausgaben der benachbarten Teildetektionsbereiche PAA gleichzeitig gelesen werden können.
Dritte Ausführungsform
Das Folgende beschreibt eine dritte Ausführungsform. Hinsichtlich der Beschreibung der dritten Ausführungsform werden die gleichen Komponenten wie bei der ersten Ausführungsform oder der zweiten Ausführungsform durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht beschrieben.
In der dritten Ausführungsform wird eine Fingerabdruckdetektion durch das Erzeugen des Fingerabdruckmuster eines Fingers Fg ausgeführt, wie bezüglich der 11 und 12 beschrieben worden ist. Die Fingerabdruckdetektion wird in Intervallen der vorgegebenen Periode Pt ausgeführt. Der Ausgabeprozessor 50 berechnet einen Betrag der Positionsverschiebung der Photodiode PD bezüglich des Fingers Fg basierend auf einem Unterschied in der Positionsbeziehung zwischen der Position des zuerst detektierten Fingerabdruckmusters (Anfangsfingerabdruckmusters) und der Position des danach detektierten Fingerabdruckmusters. Der Ausgabeprozessor 50 korrigiert die Positionsverschiebung des optischen Sensors (Teildetektionsbereich PAA), die als eine zu verwendende Ausgabe zu behandeln ist, basierend auf dem berechneten Betrag der Verschiebung.
Als ein spezifisches Verfahren zum Detektieren des Fingerabdrucks können beide der folgenden Verfahren verwendet werden: ein Verfahren, bei dem ein Fingerabdruckmuster unter Verwendung des Sensors 10 als ein optischer Sensor basierend auf der Detektion des Lichts von wenigstens entweder den ersten Lichtquellen 61 oder den zweiten Lichtquellen 62 erzeugt wird, und ein Verfahren, bei dem die Unebenheiten des Fingerabdrucks durch einen kapazitiven Sensor unter Verwendung der Kapazität des kapazitiven Elements Ca erkannt werden.
In der dritten Ausführungsform weist das erste Licht L61 als ein Beispiel eine Wellenlänge von 360 nm bis 800 nm, z. B. bei etwa 500 nm, auf, während das zweite Licht L62 eine Wellenlänge von 800 nm bis 930 nm, z. B. bei etwa 850 nm aufweist. Das heißt, die Wellenlänge des zweiten Lichts L62 ist länger als die Wellenlänge des ersten Lichts L61. In diesem Fall ist das erste Licht L61 sichtbares Licht, während das zweite Licht L62 Infrarotlicht ist.
Wenn Licht mit einer der beiden Wellenlängen des ersten Lichts L61 und des zweiten Lichts L62 verwendet wird, um einen Fingerabdruck zu detektieren, und Licht mit der anderen der beiden Wellenlängen verwendet wird, um ein Blutgefäß und ein Pulswellenmuster zu detektieren, wird das erste Licht L61 zum Detektieren des Fingerabdrucks verwendet, während das zweite Licht L62 zum Detektieren des Blutgefäßes und des Pulswellenmusters verwendet wird. Das Licht mit einer Wellenlänge des zweiten Lichtes L62 kann verwendet werden, um sowohl den Fingerabdruck als auch das Blutgefäß zu detektieren.
22 ist ein Ablaufplan, der einen beispielhaften Verarbeitungsablauf zum Ausgeben der Pulswellendaten in der dritten Ausführungsform und einer vierten Ausführungsform (die später beschrieben wird) veranschaulicht. In der dritten Ausführungsform und der vierten Ausführungsform (die später beschrieben wird) wird zuerst eine Anfangsverarbeitung ausgeführt (Schritt S21). Dann wird eine Verarbeitung der Positionsverschiebungsbehandlung ausgeführt (Schritt S22). Die Verarbeitung im Schritt S22 wird wiederholt, bis der Betrieb der Detektionsvorrichtung 1 endet (nein im Schritt S23). Nachdem der Betrieb der Detektionsvorrichtung 1 beendet ist (ja im Schritt S23), endet der Prozess.
23 ist ein Ablaufplan, der einen beispielhaften Ablauf der Anfangsverarbeitung nach 22 veranschaulicht. Die Anfangsverarbeitung ist die gleiche wie die bezüglich des in 21 veranschaulichten Ablaufplans beschriebene Verarbeitung, mit der Ausnahme, dass die Verarbeitung im Schritt S6 des in 21 veranschaulichten Ablaufplans weggelassen wird. Der Rücksprung nach der Verarbeitung im Schritt S15 nach 23 gibt an, dass die in 22 veranschaulichte Verarbeitung (Anfangsverarbeitung) im Schritt S21 beendet ist und die Verarbeitung (Verarbeitung der Positionsverschiebungsbehandlung) im Schritt S22 als die nächste Verarbeitung ausgeführt wird.
24 ist ein Ablaufplan, der einen beispielhaften Verarbeitungsablauf der Positionsverschiebungsbehandlung nach 22 in der dritten Ausführungsform veranschaulicht. Zuerst wird das Fingerabdruckmuster erfasst (Schritt S31). Die Erfassung des Fingerabdruckmusters im Schritt S31 wird z. B. basierend auf der Ausgabe jedes der optischen Sensoren (Photodioden PD) während der Anfangsverarbeitung ausgeführt. Obwohl das Fingerabdruckmuster basierend auf der Ausgabe zu irgendeinem Sollzeitpunkt während der Anfangsverarbeitung erzeugt wird, wird der Zeitpunkt im Voraus festgelegt (z. B. der Anfangszeitpunkt).
Der Ausgabeprozessor 50 erfasst die Ausgabe (das Detektionssignal Vdet) jedes der optischen Sensoren (Photodioden PD) (Schritt S32). Der Ausgabeprozessor 50 wiederholt die Verarbeitung im Schritt S32, bis die vorgegebene Periode Pt vergangen ist (Schritt S33). Nachdem die vorgegebene Periode Pt vergangen ist (ja im Schritt S33), wird das Fingerabdruckmuster erfasst (Schritt S34). Die Erfassung des Fingerabdruckmusters im Schritt S34 wird z. B. basierend auf der neuesten Ausgabe jedes der optischen Sensoren (Photodioden PD) ausgeführt. Die Ausgabe ist jedoch nicht darauf eingeschränkt und muss nur die Ausgabe jedes der optischen Sensoren (Photodioden PD) innerhalb einer Periode sein, die nicht länger als die vorgegebene Periode Pt vorher beginnt.
Der Ausgabeprozessor 50 berechnet den Betrag der Verschiebung des neuesten Fingerabdruckmusters vom Anfangsfingerabdruckmuster (Schritt S35). Spezifisch vergleicht der Ausgabeprozessor 50 als die Verarbeitung im Schritt S35 die Positionsbeziehung zwischen dem durch die Verarbeitung im Schritt S31 erfassten Fingerabdruckmuster und den Teildetektionsbereichen PAA mit der Positionsbeziehung zwischen dem durch die Verarbeitung im Schritt S34 erfassten Fingerabdruckmuster und den Teildetektionsbereichen PAA. Der Ausgabeprozessor 50 bestimmt basierend auf einer Kollationsverarbeitung, wie z. B. der Detektion der in dem Fingerabdruckmuster enthaltenen Merkmalspunkte, ob sich die Position eines Teildetektionsbereichs PAA, in dem die als das gleiche Fingerabdruckmuster bestimmten Unebenheiten detektiert wurden, verschoben hat. Falls sich die Position verschoben hat, quantifiziert der Ausgabeprozessor 50 den Betrag der Verschiebung als die Beträge der Verschiebungen des Teildetektionsbereichs PAA in der ersten Richtung Dx und der zweiten Richtung Dy.
Der Ausgabeprozessor 50 identifiziert den optischen Sensor (die Photodiode PD), der sich an der Position befindet, die um den Betrag der Verschiebung, der durch die Verarbeitung im Schritt S35 berechnet worden ist, von der Position des optischen Sensors verschoben worden ist, der durch die Verarbeitung im Schritt S4 in der Anfangsverarbeitung als der optische Sensor (Photodiode PD) identifiziert worden ist, der die Ausgabe mit dem größten Grad der Variation erzeugt hat, (Schritt S36). Der Ausgabeprozessor 50 erfasst die Pulswellendaten aus der Amplitude des Ausgabewertes, der durch Mittelwertbildung der Ausgaben des Gruppenbereichs (Gruppenbereichs PAG) erhalten wird, der den optischen Sensor enthält, der durch die Verarbeitung im Schritt S36 identifiziert worden ist, (Schritt S37). Die Verarbeitung im Schritt S37 ist die gleiche wie die Verarbeitung im Schritt S15, mit Ausnahme, dass die Referenz zum Bestimmen des Gruppenbereichs von dem optischen Sensor, der durch die Verarbeitung bei Schritt S4 identifiziert wird, zu dem optischen Sensor, der durch die Verarbeitung bei Schritt S36 identifiziert wird, geändert ist. Der Rücksprung nach der Verarbeitung im Schritt S37 nach 24 und 26, die später erklärt wird, gibt an, dass die in 22 veranschaulichte Verarbeitung (Verarbeitung der Positionsverschiebungsbehandlung) im Schritt S22 endet und die Verarbeitung im Schritt S23 als die nächste Verarbeitung ausgeführt wird.
In der Beschreibung bezüglich der 22, 23 und 24 wird die Fingerabdruckdetektion zum Zeitpunkt der Pulswellenmessung ausgeführt, d. h., in jedem Intervall der vorgegebenen Periode Pt, in dem die Variation (Amplitude) der Ausgabe zum Erfassen der Pulswelle auftritt. Die vorliegende Ausführungsform ist jedoch nicht darauf eingeschränkt. Die Fingerabdruckdetektion kann während einer vollen Betriebsperiode (die später beschrieben wird) ausgeführt werden und nicht in den anderen Perioden ausgeführt werden, so dass die Fingerabdruckdetektion einmal für mehrere Male der Pulswellenmessung ausgeführt wird (übersprungene Fingerabdruckmessung). Wie oben beschrieben worden ist, ist die dritte Ausführungsform mit Ausnahme der in den anderweitig erklärten Beziehungen die gleiche wie die zweite Ausführungsform.
Gemäß der dritten Ausführungsform ist der Detektionsbereich AA dem Finger Fg zugewandt (siehe die 11 und 12). Der Ausgabeprozessor 50 bestimmt basierend auf dem basierend auf der Ausgabe jedes der Teildetektionsbereiche PAA erzeugten Fingerabdruckmuster den optischen Sensor, der die zu verwendende Ausgabe erzeugt hat, unter den optischen Sensoren (z. B. den Photodioden PD). Bei dieser Konfiguration wird die zu verwendende Ausgabe basierend auf der Positionsverschiebung des detektierten Fingerabdruckmusters bestimmt, selbst wenn sich die Positionsbeziehung zwischen den optischen Sensoren und dem Finger Fg ändert. Deshalb kann die Ausgabe in Reaktion auf die Änderung der Position im Zyklus der vorgegebenen Periode erhalten werden. Folglich ist es möglich, mit der Änderung der Positionsbeziehung zwischen den optischen Sensoren und dem Finger Fg umzugehen.
Modifikation der dritten Ausführungsform
Das Folgende beschreibt eine Modifikation, bei der die Verarbeitung vom Schritt S35 bis zum Schritt S37 in der dritten Ausführungsform durch eine andere Verarbeitung ersetzt ist. Spezifisch verzweigt sich der Prozess in der Modifikation basierend darauf, ob sich das neueste Fingerabdruckmuster (siehe Schritt S34) von dem Anfangsfingerabdruckmuster verschoben hat (siehe Schritt S31).
25 ist ein Ablaufplan, der einen beispielhaften Ablauf der Verarbeitung der Positionsverschiebungsbehandlung nach 22 in der Modifikation der dritten Ausführungsform veranschaulicht. Die Verarbeitung vom Schritt S31 bis zum Schritt S34 ist die gleiche wie die bezüglich 24 beschriebene Verarbeitung.
Der Ausgabeprozessor 50 bestimmt, ob sich das neueste Fingerabdruckmuster von dem Anfangsfingerabdruckmuster verschoben hat (Schritt S45). Spezifisch vergleicht der Ausgabeprozessor 50 als die Verarbeitung im Schritt S35 die Positionsbeziehung zwischen dem durch die Verarbeitung im Schritt S31 erfassten Fingerabdruckmuster und den Teildetektionsbereichen PAA mit der Positionsbeziehung zwischen dem durch die Verarbeitung im Schritt S34 erfassten Fingerabdruckmuster und den Teildetektionsbereichen PAA. Der Ausgabeprozessor 50 bestimmt basierend auf der Kollationsverarbeitung, wie z. B. der Detektion der in dem Fingerabdruckmuster enthaltenen Merkmalspunkte, ob sich die Position eines Teildetektionsbereichs PAA, in dem die als das gleiche Fingerabdruckmuster bestimmten Unebenheiten detektiert wurden, verschoben hat.
Falls die Verarbeitung im Schritt S45 bestimmt, dass die Verschiebung stattgefunden hat (ja im Schritt S46), führt der Ausgabeprozessor 50 die Verarbeitung im Schritt S3, die Verarbeitung im Schritt S4 und die Verarbeitung im Schritt S15 sequentiell aus. Falls im Gegensatz die Verarbeitung im Schritt S45 bestimmt, dass die Verschiebung nicht stattgefunden hat (nein im Schritt S46), erfasst der Ausgabeprozessor 50 die Pulswellendaten aus der Amplitude des Ausgabewerts, der durch Mittelwertbildung der Ausgaben des Gruppenbereichs (Gruppenbereich PAG) erhalten wird, der den optischen Sensor (die Photodiode PD) enthält, der durch die Verarbeitung im Schritt S4 in der Anfangsverarbeitung (Schritt S47) als derjenige bestimmt wird, der die Ausgabe mit dem größten Grad der Variation erzeugt hat. Der Rücksprung nach der Verarbeitung im Schritt S15 nach den 25 und 27, die später erklärt wird, und nach der Verarbeitung im Schritt S47 gibt an, dass die Verarbeitung (Verarbeitung der Positionsverschiebungsbehandlung) in dem in 22 veranschaulichten Schritt S22 endet und die Verarbeitung im Schritt S23 als die nächste Verarbeitung ausgeführt wird.
Wie oben beschrieben worden ist, ist die Modifikation der dritten Ausführungsform mit Ausnahme in den anderweitig erklärten Beziehungen die gleiche wie die dritte Ausführungsform.
Vierte Ausführungsform
Das Folgende beschreibt die vierte Ausführungsform. Hinsichtlich der Beschreibung der vierten Ausführungsform werden die gleichen Komponenten wie jene der ersten Ausführungsform, der zweiten Ausführungsform und der dritten Ausführungsform durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht beschrieben.
In der dritten Ausführungsform wird das Fingerabdruckmuster bei der Verarbeitung der Positionsverschiebungsbehandlung verwendet. Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich von der dritten Ausführungsform insofern, als das Gefäßmuster, das basierend auf der Form des Blutgefäßes VB, das dem Detektionsbereich AA zugewandt ist, erzeugt wird, bei der Verarbeitung der Positionsverschiebungsbehandlung verwendet wird. Spezifisch ist in der vierten Ausführungsform die Anfangsverarbeitung in dem bezüglich 22 beschriebenen Verarbeitungsablauf die gleiche wie die in der dritten Ausführungsform, wobei sich die Verarbeitung der Positionsverschiebungsbehandlung teilweise von der der dritten Ausführungsform unterscheidet.
26 ist ein Ablaufplan, der einen beispielhaften Ablauf der Verarbeitung der Positionsverschiebungsbehandlung nach 22 in der vierten Ausführungsform veranschaulicht. In der vierten Ausführungsform wird die Erfassung des Gefäßmusters als eine Verarbeitung im Schritt S51 anstelle der Verarbeitung im Schritt S31 in der dritten Ausführungsform ausgeführt. Die Erfassung des Gefäßmusters im Schritt S51 wird z. B. basierend auf der Ausgabe jedes der optischen Sensoren (Photodioden PD) während der Anfangsverarbeitung ausgeführt. Obwohl das Gefäßmuster basierend auf der Ausgabe zu irgendeinem Sollzeitpunkt während der Anfangsverarbeitung erzeugt wird, wird der Zeitpunkt im Voraus festgelegt (z. B. der Anfangszeitpunkt).
In der vierten Ausführungsform wird die Erfassung des Gefäßmusters als eine Verarbeitung im Schritt S54 anstelle der Verarbeitung im Schritt S34 in der dritten Ausführungsform ausgeführt. Die Erfassung des Gefäßmusters im Schritt S54 wird z. B. basierend auf der neusten Ausgabe jedes der optischen Sensoren (Photodioden PD) ausgeführt. Die Ausgabe ist jedoch nicht darauf eingeschränkt und muss nur die Ausgabe jedes der optischen Sensoren (Photodioden PD) innerhalb einer Periode sein, die nicht länger als die vorgegebene Periode Pt vorher beginnt.
In der vierten Ausführungsform wird die Verarbeitung im Schritt S55 anstelle der Verarbeitung im Schritt S35 in der dritten Ausführungsform ausgeführt. Bei der Verarbeitung im Schritt S55 berechnet der Ausgabeprozessor 50 den Betrag der Verschiebung des neuesten Gefäßmusters bezüglich des Anfangsgefäßmusters. Spezifisch vergleicht der Ausgabeprozessor 50 die Positionsbeziehung zwischen dem durch die Verarbeitung im Schritt S51 erfassten Gefäßmuster und den Teildetektionsbereichen PAA mit der Positionsbeziehung zwischen dem durch die Verarbeitung im Schritt S54 erfassten Gefäßmuster und den Teildetektionsbereichen PAA. Der Ausgabeprozessor 50 führt eine Verarbeitung aus, um basierend auf der Kollationsverarbeitung, wie z. B. der Detektion der in dem Gefäßmuster enthaltenen Merkmalspunkten, zu bestimmen, ob sich die Position eines Teildetektionsbereichs PAA, in dem das gleiche Gefäßmuster detektiert wurde, verschoben hat. Falls sich die Position verschoben hat, quantifiziert der Ausgabeprozessor 50 den Betrag der Verschiebung als Beträge von Verschiebungen des Teildetektionsbereichs PAA in der ersten Richtung Dx und der zweiten Richtung Dy.
Wie oben beschrieben worden ist, ist die vierte Ausführungsform mit Ausnahme der anderweitig erklärten Beziehungen die gleiche wie die dritte Ausführungsform. In der vierten Ausführungsform wird das Gefäßmuster verwendet, das dem Blutgefäß VB entspricht. Der Typ des Blutgefäßes VB kann irgendein Blutgefäß sein, wie z. B. eine Arterie, eine Vene oder ein anderes.
Gemäß der vierten Ausführungsform ist der Detektionsbereich AA dem lebenden Körpergewebe (z. B. dem Finger Fg oder einem Handgelenk Wr, die später beschrieben werden) zugewandt und enthält darin ein Blutgefäß (z. B. das Blutgefäß VB). Der Ausgabeprozessor 50 bestimmt basierend auf dem Gefäßmuster (z. B. dem Gefäßmuster), das basierend auf den Ausgaben der jeweiligen optischen Sensoren (z. B. der Photodioden PD) erzeugt worden ist, den optischen Sensor, der die zu verwendende Ausgabe erzeugt hat, unter den optischen Sensoren. Bei dieser Konfiguration wird die zu verwendende Ausgabe basierend auf der Positionsverschiebung des detektierten Gefäßmusters bestimmt, selbst wenn sich die Positionsbeziehung zwischen den optischen Sensoren und dem lebenden Körpergewebe ändert. Deshalb kann die Ausgabe in Reaktion auf die Änderung der Position im Zyklus der vorgegebenen Periode erhalten werden. Folglich ist es möglich, mit der Änderung der Positionsbeziehung zwischen den optischen Sensoren und dem lebenden Körpergewebe umzugehen.
Modifikation der vierten Ausführungsform
Das Folgende beschreibt eine Modifikation, bei der die Verarbeitung im Schritt S55, Schritt S36 und Schritt S37 in der vierten Ausführungsform durch eine andere Verarbeitung ersetzt ist. Spezifisch wird in der gleichen Weise wie bei der Ersetzung des Fingerabdruckmusters in der dritten Ausführungsform durch das Gefäßmuster in der vierten Ausführungsform das Fingerabdruckmuster in der Modifikation der dritten Ausführungsform durch das Gefäßmuster in der Modifikation der vierten Ausführungsform ersetzt. Spezifisch verzweigt sich der Prozess bei der Modifikation der vierten Ausführungsform darauf basierend, ob sich das neueste Gefäßmuster (siehe Schritt S54) von dem Anfangsgefäßmuster (siehe Schritt S51) verschoben hat.
27 ist ein Ablaufplan, der einen beispielhaften Ablauf der Verarbeitung der Positionsverschiebungsbehandlung nach 22 in der Modifikation der vierten Ausführungsform veranschaulicht. Die Verarbeitung vom Schritt S51 bis zum Schritt S34 in der Modifikation der vierten Ausführungsform ist die gleiche wie die der vierten Ausführungsform (siehe 26).
Der Ausgabeprozessor 50 bestimmt, ob sich das neueste Gefäßmuster von dem Anfangsgefäßmuster verschoben hat (Schritt S65). Spezifisch vergleicht der Ausgabeprozessor 50 als die Verarbeitung im Schritt S65 die Positionsbeziehung zwischen dem durch die Verarbeitung im Schritt S51 erfassten Gefäßmuster und den Teildetektionsbereichen PAA mit der Positionsbeziehung zwischen dem durch die Verarbeitung im Schritt S54 erfassten Gefäßmuster und den Teildetektionsbereichen PAA. Der Ausgabeprozessor 50 bestimmt basierend auf der Kollationsverarbeitung, wie z. B. der Detektion der in dem Gefäßmuster enthaltenen Merkmalspunkte, ob sich die Position des Teildetektionsbereichs PAA, in dem das gleiche Gefäßmuster detektiert wurde, verschoben hat.
Falls die Verarbeitung im Schritt S65 bestimmt, dass die Verschiebung stattgefunden hat (ja im Schritt S46), führt der Ausgabeprozessor 50 die Verarbeitung im Schritt S3, die Verarbeitung im Schritt S4 und die Verarbeitung im Schritt S15 sequentiell aus. Falls im Gegensatz die Verarbeitung im Schritt S65 bestimmt, dass die Verschiebung nicht stattgefunden hat (nein im Schritt S46), führt der Ausgabeprozessor 50 die Verarbeitung im Schritt S47 aus.
Wie oben beschrieben worden ist, ist die Modifikation der vierten Ausführungsform mit Ausnahme der anderweitig erklärten Beziehungen die gleiche wie die vierte Ausführungsform.
In der obigen Beschreibung ist das Verfahren zum wiederholten Erfassen der Ausgaben von allen optischen Sensoren (Photodioden PD) während der vorgegebenen Periode Pt beschrieben worden. Die Betriebssteuerung der optischen Sensoren ist jedoch nicht darauf eingeschränkt. Der Detektions-Controller 11 kann die volle Betriebsperiode zum Betreiben aller optischen Sensoren (Photodioden PD) in einem Zyklus einer vorgegebenen Periode erzeugen und kann während einer anderen Periode als der vollen Betriebsperiode einige der optischen Sensoren einschließlich des optischen Sensors, der die größte Ausgabe während der vollen Betriebsperiode erzeugt hat oder der die Ausgabe mit dem größten Grad der Variation während der vollen Betriebsperiode erzeugt hat, betreiben. In diesem Fall, wie durch eine gestrichelte Linie in 2 angegeben ist, führt der Ausgabeprozessor 50 die Informationen, die die Position eines optischen Sensors angeben, der während der vollen Betriebsperiode die größte Ausgabe erzeugt hat oder der während der vollen Betriebsperiode die Ausgabe mit dem größten Grad der Variation erzeugt hat, oder die den Gruppenbereich PAG angeben, der den optischen Sensor enthält, zu dem Detektions-Controller 11 zurück. Basierend auf den Informationen, die vom Ausgabeprozessor 50 zurückgeführt werden, identifiziert und betreibt der Detektions-Controller 11 einige der optischen Sensoren einschließlich des optischen Sensors, der während der vollen Betriebsperiode die größte Ausgabe erzeugt hat oder der während der vollen Betriebsperiode die Ausgabe mit dem größten Grad der Variation erzeugt hat.
Es wird z. B. eine volle Betriebsperiode Ba innerhalb der vorgegebenen Periode Pt vom ersten Zeitpunkt Ta bis zum zweiten Zeitpunkt Tb in 16 festgelegt, wobei die volle Betriebsperiode Ba eine Periode ist, in der alle Teildetektionsbereiche PAA betrieben werden. Das Detektionssignal Vdet mit dem größten Grad der Variation während der vollen Betriebsperiode Ba wird identifiziert; wobei der Teildetektionsbereich PAA, der in einem Bereich, in dem der Teildetektionsbereich PAA, der in einem Gruppenbereich PAG vorgesehen ist, der den Teildetektionsbereich PAA enthält, der das identifizierte Detektionssignal Vdet ausgegeben hat, enthalten ist oder der Gruppenbereich PAG enthalten ist, und in dem nicht alle Teildetektionsbereiche PAA enthalten sind, vorgesehen ist, als der Teildetektionsbereich PAA bestimmt wird, der während einer anderen Periode Aa als der vollen Betriebsperiode arbeitet. Das Detektionssignal Vdet, das während der vollen Betriebsperiode Ba und der Periode Aa den größten Grad der Variation aufweist, wird identifiziert, wobei die Daten basierend auf der Ausgabe von dem Gruppenbereich PAG, der den Teildetektionsbereich PAA enthält, der das identifizierte Detektionssignal Vdet mit dem größten Grad der Variation ausgegeben hat, als die Pulswellendaten ausgegeben werden. Die Pulswellendaten basierend auf der Ausgabe von dem Gruppenbereich PAG einschließlich des Teildetektionsbereichs PAA, der das Detektionssignal Vdet mit dem größten Grad der Variation ausgegeben hat, beziehen sich z. B. auf die durch die Mittelwertbildungsverarbeitung erhaltenen Pulswellendaten. Die Beziehung zwischen einer vollen Betriebsperiode Bb und einer Periode Ab, die in der vorgegebenen Periode Pt vom zweiten Zeitpunkt Tb bis zum dritten Zeitpunkt Tc festgelegt ist, ist die gleiche wie die in der Betriebssteuerung in der vollen Betriebsperiode Ba und der Periode Aa. Außerdem ist die Beziehung zwischen einer vollen Betriebsperiode Bc und einer Periode Ac, die in der vorgegebenen Periode Pt vom dritten Zeitpunkt Tc bis zum vierten Zeitpunkt Td festgelegt ist, die gleiche wie die bei der Betriebssteuerung in der vollen Betriebsperiode Ba und der Periode Aa. Die Betriebssteuerung in der vollen Betriebsperiode und der Periode außer der vollen Betriebsperiode, die in der vorgegebenen Periode Pt danach festgelegt ist, ist die gleiche wie die Betriebssteuerung in der vollen Betriebsperiode Ba und der Periode Aa.
Der Bereich, in dem der Gruppenbereich PAG einschließlich des Teildetektionsbereichs PAA, der das Detektionssignal Vdet mit dem größten Grad der Variation während der vollen Betriebsperiode (z. B. der vollen Betriebsperiode Ba, Bb oder Bc) ausgegeben hat, enthalten ist und in dem nicht alle Teildetektionsbereiche PAA enthalten sind, bezieht sich auf einen Bereich, der mehrere Gruppenbereiche PAG enthält, die sich z. B. an der gleichen Position in der ersten Richtung Dx oder der zweiten Richtung Dx wie im Gruppenbereich PAG befinden. Der Bereich ist nicht darauf eingeschränkt und kann gegebenenfalls geändert werden.
Wie oben beschrieben worden ist, erzeugt der Detektions-Controller 11 zum Steuern des Betriebs der optischen Sensoren (z. B. der Photodioden PD) die volle Betriebsperiode (z. B. die volle Betriebsperiode Ba, Bb oder Bc), in der alle optischen Sensoren im Zyklus der vorgegebenen Periode (z. B. der vorgegebenen Periode Pt) betrieben werden. Während der Periode (z. B. des Detektionsbereichs Aa, Ab oder Ac) außer der vollen Betriebsperiode betreibt der Detektions-Controller 11 einige der optischen Sensoren einschließlich des optischen Sensors, der während der vollen Betriebsperiode die größte Ausgabe erzeugt hat oder der während der vollen Betriebsperiode die Ausgabe mit dem größten Grad der Variation erzeugt hat. Diese Konfiguration kann die Anzahl der optischen Sensoren verringern, die während der Periode mit Ausnahme der vollen Betriebsperiode arbeiten. Folglich kann der Betriebszyklus (die Auffrischrate) der optischen Sensoren, die während der Periode mit Ausnahme der vollen Betriebsperiode betrieben werden, leichter vergrößert werden.
Die zu mittelnden Detektionssignale Vdet sind nicht auf die Detektionssignale Vdet von den Teildetektionsbereichen PAA eingeschränkt, die in einem der Gruppenbereiche PAG vorgesehen sind. Das Detektionssignal Vdet eines Teildetektionsbereichs PAA, der das Detektionssignal Vdet mit dem größten Grad der Variation ausgegeben hat, und das Detektionssignal Vdet eines weiteren Teildetektionsbereichs PAA, der eine Positionsbeziehung aufweist, die eine vorgegebene Bedingung mit dem einen Teildetektionsbereich PAA erfüllt, können z. B. gemittelt werden. Beispiele der vorgegebenen Bedingung enthalten eine Bedingung, dass wenigstens eine der Positionen in der ersten Richtung Dx und der Position in der zweiten Richtung Dx des Teildetektionsbereichs PAA die gleiche wie die Position des einen Teildetektionsbereichs PAA, der das Detektionssignal Vdet mit dem größten Grad der Variation ausgegeben hat, ist, eine Bedingung, dass sich die Anzahl anderer Teildetektionsbereiche PAA, die zwischen dem einen Teildetektionsbereich PAA und den anderen Teildetektionsbereichen PAA eingefügt sind, innerhalb einer vorgegebenen Anzahl befindet, und eine Bedingung, dass eine Kombination dieser Bedingungen erfüllt ist. Der Wert der vorgegebenen Anzahl ist vorzugsweise ausreichend kleiner als die Anzahl der in der ersten Richtung Dx angeordneten Teildetektionsbereiche PAA und die Anzahl der in der zweiten Richtung Dx angeordneten Teildetektionsbereiche PAA.
Die Mittelwertbildungsverarbeitung ist nicht wesentlich. Für den Gruppenbereich PAG, der den Teildetektionsbereich PAA enthält, der während der vollen Betriebsperiode (z. B. der vollen Betriebsperiode Ba, Bb oder Bc) das Detektionssignal Vdet mit dem größten Grad der Variation ausgegeben hat, können z. B. wenigstens entweder die Gate-Leitungen GCL oder die Signalleitungen SGL in dem Gruppenbereich PAG während der Periode (z. B. der Detektionsperiode Aa, Ab oder Ac) mit Ausnahme der vollen Betriebsperiode gemeinsam angesteuert werden, wobei die Detektionssignale Vdet von den Teildetektionsbereichen PAA, die in dem Gruppenbereich PAG vorgesehen sind, integriert werden können.
Die Größe und die Eigenschaften der Teildetektionsbereiche PAA müssen nicht einheitlich sein. Es können z. B. mehrere Typen der Photodioden PD mit unterschiedlicher Empfindlichkeit abwechselnd angeordnet sein, um den Dynamikbereich der gesamten Teildetektionsbereiche PAA zu vergrößern.
Die spezifische Form der Detektionsvorrichtung 1 ist nicht auf die bezüglich der 11 bis 13 beschriebene Form eingeschränkt. 28 ist eine schematische Ansicht, die ein Hauptkonfigurationsbeispiel einer Detektionsvorrichtung 1A in einer am Handgelenk Wr tragbaren Form veranschaulicht. 29 ist eine schematische graphische Darstellung, die ein Beispiel der Detektion des Blutgefäßes VB durch die in 28 veranschaulichte Detektionsvorrichtung 1A veranschaulicht. Wie in 28 veranschaulicht ist, weist das Sensorbasiselement 21 der Detektionsvorrichtung 1A Flexibilität auf, so dass es in eine Ringform deformierbar ist, die das Handgelenk Wr umgibt. Die Photodioden PD, die ersten Lichtquellen 61 und die zweiten Lichtquellen 62 sind entlang dem ringförmigen Sensorbasiselement 21 in einer Bogenform angeordnet.
Der Sensor 10 muss sich nicht direkt mit dem lebenden Körpergewebe in Kontakt befinden. 30 ist ein Konfigurationsbeispiel, bei dem eine Linse Op zwischen dem Finger Fg und dem Sensor 10 vorgesehen ist. Wie in 30 veranschaulicht ist, kann die Linse Op an einer Position vorgesehen sein, die einer Lichtquelle 60 zugewandt ist, wobei das lebende Körpergewebe (z. B. der Finger Fg) dazwischen eingefügt ist, wobei sie zwischen dem lebenden Körpergewebe und dem Sensor 10 eingefügt ist. Die Lichtquelle 60 enthält wenigstens entweder die ersten Lichtquellen 61 oder die zweiten Lichtquellen 62. Die Linse Op ist z. B. eine optische Linse, die das sich von der Lichtquelle 60 in Richtung des Sensors 10 bewegende Licht kondensiert.
Die Detektionsvorrichtung 1 und die Detektionsvorrichtung 1A können ferner mit einer Komponente als ein Sensor, der sich von einer Photodiode (PD) unterscheidet, versehen sein, die z. B. den Fingerabdruck unter Verwendung des Kapazitätsverfahrens detektieren kann.
31 ist eine schematische graphische Darstellung, die ein Hauptkonfigurationsbeispiel eines Gegenkapazitätssensors 130 veranschaulicht. Der Sensor 130 enthält ein erstes Substrat 102 und ein zweites Substrat 103, die so angeordnet sind, dass sie einander zugewandt sind. Das erste Substrat 102 und das zweite Substrat 103 erstrecken sich entlang einer Ebene (XY-Ebene) orthogonal zu der Richtung, in der sie einander zugewandt sind, (Z-Richtung). Die XY-Ebene muss keine feste unbewegliche Ebene sein. Die Ebene in der ersten Richtung Dx und der zweiten Richtung Dy kann abhängig von der Flexibilität des Sensorbasiselements 21 sowohl verschoben werden als auch z. B. gekrümmt werden. In der folgenden Beschreibung bezeichnen zum einfachen Verständnis die „X-Richtung“ und die „Y-Richtung“ zwei Richtungen entlang der Ebene (XY-Ebene), die zur Z-Richtung nach 31 orthogonal ist. Die X-Richtung ist zur Y-Richtung orthogonal.
Das erste Substrat 102 ist mit mehreren ersten Elektroden TX versehen, die eine Längsrichtung entlang der X-Richtung aufweisen und entlang der Y-Richtung angeordnet sind. Das zweite Substrat 103 ist mit mehreren zweiten Elektroden Rx versehen, die eine Längsrichtung entlang der Y-Richtung aufweisen und in der X-Richtung angeordnet sind. Die ersten Elektroden TX sind den zweiten Elektroden Rx in der Z-Richtung in einem kontaktlosen Zustand zugewandt. Der Sensor 130 ist so vorgesehen, dass er in die Nähe eines externen Objekts oder in Kontakt mit externen Objekt, wie z. B. des Fingers Fg, auf der Seite des zweiten Substrats 103, kommt.
Wenn ein Abtasten Abtastung ausgeführt wird, um Ansteuerpulse sequentiell an die ersten Elektroden TX anzulegen, wird zwischen den zweiten Elektroden Rx und den ersten Elektroden TX, an die die Ansteuerpulse angelegt werden, eine Kapazität erzeugt. Falls z. B. der Finger Fg in die Nähe der oder in Kontakt mit den zweiten Elektroden Rx kommt, ändert sich die Kapazität. Der Fingerabdruck oder ähnliches kann z. B. durch das Erfassen des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins einer Variation der Kapazität und des Grads der Variation der Kapazität als ein Detektionssignal Vdet1 von den zweiten Elektroden Rx detektiert werden.
Die Position des Sensors 130 wird im Voraus der Position des Sensors 10 zugeordnet. Während der Sensor 130 z. B. in der Detektionsvorrichtung 1 so angeordnet ist, dass er dem Finger Fg zugewandt ist, wobei z. B. der Sensor 10 dazwischen eingefügt ist, ist die Anordnung nicht darauf eingeschränkt. Die ersten Elektroden TX und die zweiten Elektroden Rx können transparente Elektroden z. B. aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) sein und können auf der Seite des Fingers Fg des Sensors 10 angeordnet sein. Die ersten Elektroden TX und die zweiten Elektroden Rx können einzeln angesteuert werden, um als ein Eigenkapazitätssensor zu dienen.
32 ist eine schematische graphische Darstellung, die ein Hauptkonfigurationsbeispiel eines Eigenkapazitätssensors 210 veranschaulicht. Der Sensor 210 enthält mehrere Elektroden 220. Die Elektroden 220 sind z. B. in einer Matrix mit einer Zeilen-Spalten-Konfiguration angeordnet. Die in jeder der Elektroden 220 gehaltene Eigenkapazität ändert sich, wenn z. B. der Finger Fg in die Nähe der oder in Kontakt mit der Elektrode 220 kommt. Ein Controller 240, der durch eine Verdrahtung 230 an die Elektroden 220 gekoppelt ist, ist eine Schaltung, die das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Variation der Eigenkapazität und den Grad der Variation der Eigenkapazität detektiert.
Die Position des Sensors 210 wird der Position des Sensors 10 im Voraus zugeordnet. Während der Sensor 210 z. B. in der Detektionsvorrichtung 1 so angeordnet ist, dass er dem Finger Fg zugewandt ist, wobei z. B. der Sensor 10 dazwischen eingefügt ist, ist die Anordnung nicht darauf eingeschränkt. Die Elektroden 220 können z. B. transparente Elektroden aus z. B. Indium-Zinn-Oxid (ITO) sein und können auf der Seite des Fingers Fg des Sensors 10 angeordnet sein.
Die Detektionsvorrichtung 1 kann an verschiedenen Produkten angebracht sein, die sich vermutlich mit dem lebenden Körpergewebe in Kontakt oder in der Nähe des lebenden Körpergewebes befinden. Montagebeispiele der Detektionsvorrichtung 1 werden bezüglich der 33, 34 und 35 beschrieben.
33 ist eine graphische Darstellung, die ein Anordnungsbeispiel des Sensors 10 der Detektionsvorrichtung 1 veranschaulicht, der an einem Halstuch Ke angebracht ist. 34 ist eine graphische Darstellung, die ein Anordnungsbeispiel des Sensors 10 der Detektionsvorrichtung 1 veranschaulicht, der an der Kleidung TS angebracht ist. 35 ist eine graphische Darstellung, die ein Anordnungsbeispiel des Sensors 10 der Detektionsvorrichtung 1 veranschaulicht, der an einer Klebefolie PS angebracht ist. Die Detektionsvorrichtung 1 kann z. B. in ein Produkt, wie das Halstuch Ke nach 33, die Kleidung TS in nach 34 oder die Klebefolie PS nach 35, aufgenommen sein, das so betrieben wird, dass es sich mit dem lebenden Körpergewebe in Kontakt befindet. In diesem Fall ist wenigstens der Sensor 10 vorzugsweise an einer Position vorgesehen, an der ein Kontakt mit dem lebenden Körpergewebe erwartet wird, wenn das Produkt verwendet wird. Obwohl dies nicht veranschaulicht ist, sind die Lichtquellen, wie z. B. die ersten Lichtquellen 61 und die zweiten Lichtquellen 62, vorzugsweise unter Berücksichtigung der Positionsbeziehung zwischen dem Sensor 10 und dem lebenden Körpergewebe angeordnet. Die Produkte sind nicht auf das Halstuch Ke, die Kleidung TS und die Klebefolie PS eingeschränkt. Die Detektionsvorrichtung 1 kann in jedes Produkt aufgenommen werden, von dem erwartet wird, dass es sich mit dem lebenden Körpergewebe in Kontakt befindet, wenn sich das Produkt in Gebrauch befindet. Die Klebefolie PS ist ein folienartiges Produkt, das mit Klebekraft versehen ist, wie z. B. externe schmerzlindernde und entzündungshemmende Folien.
In jeder Ausführungsform ist der Fall beschrieben worden, in dem die Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 das selektive Zeitmultiplex-Ansteuern des sequentiellen Zuführens der Gate-Ansteuersignale Vgcl zu den Gate-Leitungen GCL ausführt. Das Ansteuerungsverfahren ist jedoch nicht auf diesen Fall eingeschränkt. Der Sensor 10 kann die Codemultiplex- Auswahlansteuerung (die im Folgenden als die „Codemultiplex- (CDM-) Ansteuerung“ bezeichnet wird) ausführen, um die Detektion auszuführen. Weil die CDM-Ansteuerung und eine Ansteuerschaltung davon in der japanischen Patentanmeldung Nr. 2018 - 005178 ( JP-A-2018-005178 ) beschrieben sind, ist das, was in JP-A-2018 - 005178 beschrieben ist, in jeder Ausführungsform und den Modifikationen (Ausführungsformen) enthalten, wobei die Beschreibung hier nicht weggelassen wird.
Die Gate-Leitungen GCL erstrecken sich vorzugsweise entlang einer allgemeinen Richtung des Blutflusses. Insbesondere erstrecken sich die Gate-Leitungen GCL im Sensor 10, der sich entlang einem Bogen entlang dem ringförmigen Sensorbasiselement 21, das um den Finger Fg oder das Handgelenk Wr gewickelt ist, erstreckt, vorzugsweise entlang der Mittelachse des Ringes.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung oben beschrieben worden sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt. Der in den Ausführungsformen offenbarte Inhalt ist lediglich ein Beispiel und kann innerhalb des Schutzumfangs verschieden modifiziert werden, ohne vom Hauptpunkt der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Außerdem gehören alle Modifikationen, die innerhalb des Schutzumfangs geeignet vorgenommen werden und nicht vom Hauptpunkt der vorliegenden Erfindung abweichen, selbstverständlich zum technischen Schutzumfang der vorliegenden Erfindung.
Bezugszeichenliste

1, 1A: Detektionsvorrichtung
10: Sensor
11: Detektions-Controller
21: Sensorbasiselement
22: TFT-Schicht
23: Isolierschicht
24: Schutzfilm
31: Photoelektrische Umsetzungsschicht
34: Anodenelektrode
35: Katodenelektrode
48: Detektionsschaltung
50: Ausgabeprozessor
61: Erste Lichtquelle
62: Zweite Lichtquelle
AA: Detektionsbereich
GCL: Gate-Leitung
PAA: Teildetektionsbereich
PD: Photodiode
SGL: Signalleitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2009032005 [0003]
JP 2018 [0175]
JP 005178 [0175]
JP 2018005178 A [0175]
JP 2018 A [0175]

Claims

Detektionsvorrichtung, die umfasst: eine Photodiode; und einen Dünnschichttransistor, der konfiguriert ist, einen Ausgangsweg der Photodiode zu öffnen und zu schließen, wobei der Dünnschichttransistor umfasst: eine Halbleiterschicht, die auf eine Seite einer lichtblockierenden Schicht näher bei der Photodiode gestapelt ist; und eine Elektrodenschicht, die zwischen die Halbleiterschicht und die Photodiode gestapelt ist und in der eine Source-Elektrode und eine Drain-Elektrode des Dünnschichttransistors ausgebildet sind, und wobei sich die Source-Elektrode bis zu einer Position erstreckt, die der lichtblockierenden Schicht zugewandt ist, wobei die Halbleiterschicht dazwischen eingefügt ist.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Photodiode umfasst: ein organisches Material mit einem photovoltaischen Effekt; eine Katodenelektrode, die auf einer Dünnschichttransistor-Seite des organischen Materials vorgesehen ist; und eine Anodenelektrode, die auf einer von der Katodenelektrode gegenüberliegenden Seite des organischen Materials vorgesehen ist, und wobei eine Schicht des organischen Materials und eine Schicht der Anodenelektrode entlang einem Detektionsbereich über den jeweiligen Katodenelektroden mehrerer entlang der Detektionsoberfläche angeordneten Photodioden PD kontinuierlich sind.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Dünnschichttransistor zwei Gate-Elektroden umfasst, die zwischen der Source-Elektrode und der Halbleiterschicht ausgebildet sind.