JP2023028058A - 検出システム - Google Patents

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Abstract

【課題】同一デバイス内あるいは異なるデバイス間での素子の検出値のバラツキを抑制できる検出システムを提供する。【解決手段】検出システム1は、検出領域に複数の光センサが設けられたセンサ部10と、センサ部10を制御する制御部20と、複数の光センサの検出値に対する補正値を含む補正値データと複数の各センサ部の識別コードとが1対1で関連付けられて格納されたデータ格納部300と、を備える。制御部20は、センサ部10の識別コードに対応する補正値データをデータ格納部300から取得し、取得した補正値データに基づき、光センサの検出値を補正する。【選択図】図14

Description

本発明は、検出システムに関する。
特許文献1には、フォトダイオード等の光電変換素子が半導体基板上に複数配列された光学式センサが記載されている。光学式センサは、照射される光量に応じて光電変換素子から出力される信号が変化することで、生体情報を検出できる。特許文献1の光学式センサは、細かいピッチで指の表面の凹凸を検出することができ、指紋センサとして用いられる。特許文献2には、赤外線を感知する複数のセンサを備えた表示装置が記載されている。特許文献2の表示装置は、赤外光の反射光に基づいて、指の位置や、指紋パターンや静脈パターンを検出することができる。
米国特許出願公開第2018/0012069号明細書 特開2009-32005号公報
フォトダイオード等の光電変換素子は、個々に特性が異なるため、出力にバラツキが生じる。同一デバイス上に設けられた複数の光電変換素子の特性バラツキは、検出精度の低下の要因となる。また、異なるデバイス間で光電変換素子の特性バラツキに起因して、各デバイス間で検出結果のバラツキが生じる場合がある。
本発明は、同一デバイス内あるいは異なるデバイス間での素子の検出値のバラツキを抑制できる検出システムを提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る検出システムは、検出領域に複数の光センサが設けられたセンサ部と、前記センサ部を制御する制御部と、複数の前記光センサの検出値に対する補正値を含む補正値データと複数の各センサ部の識別コードとが1対1で関連付けられて格納されたデータ格納部と、を備え、前記制御部は、前記センサ部の識別コードに対応する補正値データを前記データ格納部から取得し、取得した補正値データに基づき、前記光センサの検出値を補正する。
図1は、実施形態に係る検出システムで適用される検出装置の基本構成の一例を示す平面図である。 図2は、検出装置の回路構成を示すブロック図である。 図3は、検出装置を示す回路図である。 図4は、複数の部分検出領域を示す回路図である。 図5Aは、センサ部の概略断面構成を示す断面図である。 図5Bは、第1変形例に係る検出装置のセンサ部の概略断面構成を示す断面図である。 図6は、検出装置の動作例を表すタイミング波形図である。 図7は、図6におけるリセット期間の動作例を表すタイミング波形図である。 図8は、図6における読み出し期間の動作例を表すタイミング波形図である。 図9は、図6における読み出し期間に含まれる1つのゲート線の駆動期間の動作例を表すタイミング波形図である。 図10は、検出装置のセンサ部の駆動と、光源の点灯動作との関係を説明するための説明図である。 図11は、検出部の出力値と光センサに照射された光の強度との関係を示す図である。 図12は、検出処理における補正値適用前後の相間性を示す模式図である。 図13は、補正値データの一例を示す図である。 図14は、実施形態に係る検出システムの構成を示す図である。 図15は、データ格納部に格納される複数のセンサ部に対応した補正値データを示す図である。 図16は、補正値データ取得処理の一例を示すフローチャートである。 図17は、実施形態1に係る識別コードの態様を示す図である。 図18は、個体識別部の回路構成の一例を示す図である。 図19は、コード検出領域の概略断面構造を示す図である。 図20は、実施形態1の変形例に係る個体識別部の態様を示す図である。 図21は、実施形態2に係る識別コードの態様を示す図である。 図22は、実施形態2に係る個体識別部の態様の一例を示す図である。 図23は、実施形態2に係る識別コード読み取り処理の一例を示すフローチャートである。 図24は、実施形態3に係る識別コードの態様を示す図である。 図25は、実施形態3に係る個別識別部を設けた構成の具体例を説明する図である。
本発明を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
図1は、実施形態に係る検出システムで適用される検出装置の基本構成の一例を示す平面図である。図1に示すように、検出装置100は、センサ部10と、制御部20と、を備える。
センサ部10は、センサ基板21と、第1光源基材51及び第2光源基材52と、を有する。制御部20は、制御基板121と、検出回路48と、制御回路122と、電源回路123と、インターフェース回路126と、を有する。
センサ基板21は、検出領域AAと、周辺領域GAとを有する。検出領域AAは、複数の光センサPD(図4参照)が設けられた領域である。周辺領域GAは、検出領域AAの外周と、センサ基板21の端部との間の領域であり、ゲート線駆動回路15と、信号線選択回路16とが設けられた領域である。
図1では、第1光源基材51に複数の第1光源61が設けられ、第2光源基材52に複数の第2光源62が設けられる例を示したが、図1に示す第1光源61及び第2光源62の配置は、あくまで一例であり適宜変更することができる。例えば、第1光源基材51及び第2光源基材52のそれぞれに、複数の第1光源61及び複数の第2光源62が配置されていてもよい。この場合、複数の第1光源61を含むグループと、複数の第2光源62を含むグループとが、第2方向Dyに並んで配置されていてもよいし、第1光源61と第2光源62とが交互に第2方向Dyに配置されていてもよい。また、第1光源61及び第2光源62が設けられる光源基材は1つ又は3つ以上であってもよい。さらには、第1光源61及び第2光源62は、同種の光源であっても良い。あるいは、複数の第1光源61及び複数の第2光源62は、例えば、検出領域AAの直下に設けられた、いわゆる直下型の光源であっても良い。
センサ基板21には、フレキシブルプリント基板(FPC:Flexible Printed Circuits)71(以下、「FPC71」とも称する)を介して制御基板121が電気的に接続される。制御基板121には、検出回路48、制御回路122、電源回路123、及びインターフェース回路126が設けられている。
制御回路122は、例えばロジック制御信号を出力する制御IC(Control Integrated Circuit)を含む。制御回路122は、例えばFPGA(Field Programmable Gate Array)等のPLD(Programmable Logic Device)を含む態様であっても良い。
制御回路122は、センサ部10、ゲート線駆動回路15及び信号線選択回路16に制御信号を供給して、センサ部10の検出動作を制御する。また、制御回路122は、第1光源61及び第2光源62に制御信号を供給して、第1光源61及び第2光源62の点灯又は非点灯を制御する。
電源回路123は、センサ電源電位VDDSNS(図4参照)等の電圧信号をセンサ部10、ゲート線駆動回路15及び信号線選択回路16に供給する。また、電源回路123は、電源電圧を第1光源61及び第2光源62に供給する。
インターフェース回路126は、例えばUSBコントローラICであり、制御回路122と外部の上位制御装置(後述)との間の通信制御を行う。
ゲート線駆動回路15及び信号線選択回路16は、センサ基板21の周辺領域GAに設けられる。具体的には、ゲート線駆動回路15は、周辺領域GAのうち第2方向Dyに沿って延在する領域に設けられる。信号線選択回路16は、周辺領域GAのうち第1方向Dxに沿って延在する領域に設けられる。
なお、第1方向Dxは、センサ基板21と平行な面内の一方向である。第2方向Dyは、センサ基板21と平行な面内の一方向であり、第1方向Dxと直交する方向である。なお、第2方向Dyは、第1方向Dxと直交しないで交差してもよい。また、第3方向Dzは、第1方向Dx及び第2方向Dyと直交する方向であり、センサ基板21の法線方向である。
複数の第1光源61は、第1光源基材51に設けられ、第2方向Dyに沿って配列される。複数の第2光源62は、第2光源基材52に設けられ、第2方向Dyに沿って配列される。第1光源基材51及び第2光源基材52は、それぞれ、制御基板121に設けられた端子部124、125を介して、制御回路122及び電源回路123と電気的に接続される。
複数の第1光源61及び複数の第2光源62は、例えば、無機LED(Light Emitting Diode)や、有機EL(OLED:Organic Light Emitting Diode)等が用いられる。複数の第1光源61及び複数の第2光源62は、それぞれ異なる波長の第1光及び第2光を出射する。あるいは、複数の第1光源61及び複数の第2光源62は、同一の波長の光を出射する態様であっても良い。
第1光源61から出射された第1光は、例えば、主に指Fg等の被検出体の表面で反射され検出領域AAの光センサPDに入射する。これにより、センサ部10は、指Fg等の表面の凹凸の形状を検出することで指紋を検出することができる。第2光源62から出射された第2光は、例えば、指Fgや手首等の被検出体の内部で反射し又は指Fgや手首等を透過して検出領域AAの光センサPDに入射する。これにより、センサ部10は、指Fgや手首等の内部の生体に関する情報を検出できる。生体に関する情報は、例えば、指Fgや手首や掌の脈波、脈拍、血管像等である。すなわち、検出装置100は、指紋や、脈波、脈拍、静脈などの血管パターンを含む、生体に関する情報を検出する検出装置として構成される。
第1光は、520nm以上600nm以下、例えば500nm程度の波長を有し、第2光は、780nm以上950nm以下、例えば850nm程度の波長を有していてもよい。この場合、第1光は、青色又は緑色の可視光(青色光又は緑色光)であり、第2光は、赤外光である。センサ部10は、第1光源61から出射された第1光に基づいて、指紋を検出することができる。第2光源62から出射された第2光は、指Fg等の被検出体の内部で反射し又は指Fg等を透過・吸収されて検出領域AAの光センサPDに入射する。これにより、センサ部10は、指Fg等の内部の生体に関する情報として、脈波や、静脈等の血管像(血管パターン)を検出できる。
又は、第1光は、600nm以上700nm以下、例えば660nm程度の波長を有し、第2光は、780nm以上950nm以下、例えば850nm程度の波長を有していてもよい。この場合、第1光は、赤色の可視光(赤色光)であり、第2光は、赤外光である。センサ部10は、第1光源61から出射された第1光及び第2光源62から出射された第2光に基づいて、センサ部10は、生体に関する情報として、脈波、脈拍や血管像に加えて、血中酸素濃度を検出することができる。このように、検出装置100は、第1光源61及び複数の第2光源62を有し、第1光に基づいた検出と、第2光に基づいた検出とを行うことで、種々の生体に関する情報を検出することができる。
図2は、検出装置の回路構成を示すブロック図である。図2に示すように、検出装置100は、検出制御部11と検出部40と、有する。
センサ部10は、検出領域AAに複数の光センサPDが設けられている。光センサPDはフォトダイオードであり、照射される光に応じた電気信号を、検出信号Vdetとして信号線選択回路16に出力する。また、センサ部10は、ゲート線駆動回路15から供給されるゲート駆動信号Vgclにしたがって検出を行う。
検出制御部11は、ゲート線駆動回路15、信号線選択回路16及び検出部40にそれぞれ制御信号を供給し、これらの動作を制御する回路である。検出制御部11は、スタート信号STV、クロック信号CK、リセット信号RST1等の各種制御信号をゲート線駆動回路15に供給する。また、検出制御部11は、選択信号ASW等の各種制御信号を信号線選択回路16に供給する。また、検出制御部11は、各種制御信号を第1光源61及び第2光源62に供給して、それぞれの点灯及び非点灯を制御する。本開示において、検出制御部11は、例えば制御回路122に含まれる。
ゲート線駆動回路15は、各種制御信号に基づいて複数のゲート線GCL(図3参照)を駆動する回路である。ゲート線駆動回路15は、複数のゲート線GCLを順次又は同時に選択し、選択されたゲート線GCLにゲート駆動信号Vgclを供給する。これにより、ゲート線駆動回路15は、ゲート線GCLに接続された複数の光センサPDを選択する。
信号線選択回路16は、複数の信号線SGL(図3参照)を順次又は同時に選択するスイッチ回路である。信号線選択回路16は、例えばマルチプレクサである。信号線選択回路16は、検出制御部11から供給される選択信号ASWに基づいて、選択された信号線SGLと検出回路48とを電気的に接続する。これにより、信号線選択回路16は、光センサPDの検出信号Vdetを検出部40に出力する。
検出部40は、検出回路48と、信号処理部44と、記憶部46と、検出タイミング制御部47とを備える。検出タイミング制御部47は、検出制御部11から供給される制御信号に基づいて、検出回路48と、信号処理部44と、が同期して動作するように制御する。
検出回路48は、例えばアナログフロントエンド回路(AFE:Analog Front End)である。検出回路48は、少なくとも検出信号増幅部42及びA/D変換部43の機能を有する信号処理回路である。検出信号増幅部42は、検出信号Vdetを増幅する。A/D変換部43は、検出信号増幅部42から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する。
信号処理部44は、検出回路48の出力信号に基づいて、センサ部10により検出された信号の処理を行う論理回路である。信号処理部44は、例えば制御回路122に含まれる。
記憶部46は、信号処理部44で処理された信号を一時的に保存する。また、本開示において、記憶部46は、例えば、後述するネットワークサーバに設けられたデータ格納部から取得した補正値データを保存する。記憶部46は、例えばRAM(Random Access Memory)、レジスタ回路等であっても良い。記憶部46は、例えば制御回路122に含まれる。
次に、検出装置100の回路構成例について説明する。図3は、検出装置を示す回路図である。図3に示すように、センサ部10は、マトリクス状に配列された複数の部分検出領域PAAを有する。複数の部分検出領域PAAには、それぞれ光センサPDが設けられている。
ゲート線GCLは、第1方向Dxに延在し、第1方向Dxに配列された複数の部分検出領域PAAと接続される。また、複数のゲート線GCL(1)、GCL(2)、…、GCL(8)は、第2方向Dyに配列され、それぞれゲート線駆動回路15に接続される。なお、以下の説明において、複数のゲート線GCL(1)、GCL(2)、…、GCL(8)を区別して説明する必要がない場合には、単にゲート線GCLと表す。また、図3では説明を分かりやすくするために、8本のゲート線GCLを示しているが、あくまで一例であり、ゲート線GCLは、M本(Mは8以上、例えばM=256)配列されていてもよい。
信号線SGLは、第2方向Dyに延在し、第2方向Dyに配列された複数の部分検出領域PAAの光センサPDに接続される。また、複数の信号線SGL(1)、SGL(2)、…、SGL(12)は、第1方向Dxに配列されて、それぞれ信号線選択回路16及びリセット回路17に接続される。なお、以下の説明において、複数の信号線SGL(1)、SGL(2)、…、SGL(12)を区別して説明する必要がない場合には、単に信号線SGLと表す。
また、説明を分かりやすくするために、12本の信号線SGLを示しているが、あくまで一例であり、信号線SGLは、N本(Nは12以上、例えばN=252)配列されていてもよい。
ゲート線駆動回路15は、スタート信号STV、クロック信号CK、リセット信号RST1等の各種制御信号を、制御回路122(図1参照)から受け取る。ゲート線駆動回路15は、各種制御信号に基づいて、複数のゲート線GCL(1)、GCL(2)、…、GCL(8)を時分割的に順次選択する。ゲート線駆動回路15は、選択されたゲート線GCLにゲート駆動信号Vgclを供給する。これにより、ゲート線GCLに接続された複数のスイッチング素子Trにゲート駆動信号Vgclが供給され、第1方向Dxに配列された複数の部分検出領域PAAが、検出対象として選択される。
なお、ゲート線駆動回路15は、指紋の検出及び異なる複数の生体に関する情報(脈波、脈拍、静脈等の血管像、血中酸素濃度等、以下、単に「生体情報」とも称する)のそれぞれの検出モードごとに、異なる駆動を実行してもよい。例えば、ゲート線駆動回路15は、複数のゲート線GCLを束ねて駆動してもよい。
具体的には、ゲート線駆動回路15は、制御信号に基づいて、ゲート線GCL(1)、GCL(2)、…、GCL(8)のうち、所定数のゲート線GCLを同時に選択する。例えば、ゲート線駆動回路15は、6本のゲート線GCL(1)からゲート線GCL(6)を同時に選択し、ゲート駆動信号Vgclを供給する。ゲート線駆動回路15は、選択された6本のゲート線GCLを介して、複数のスイッチング素子Trにゲート駆動信号Vgclを供給する。これにより、第1方向Dx及び第2方向Dyに配列された複数の部分検出領域PAAを含むブロック単位PAG1、PAG2が、それぞれ検出対象として選択される。ゲート線駆動回路15は、所定数のゲート線GCLを束ねて駆動し、所定数のゲート線GCLごとに順次ゲート駆動信号Vgclを供給する。
信号線選択回路16は、複数の選択信号線Lselと、複数の出力信号線Loutと、第3スイッチング素子TrSと、を有する。複数の第3スイッチング素子TrSは、それぞれ複数の信号線SGLに対応して設けられている。6本の信号線SGL(1)、SGL(2)、…、SGL(6)は、共通の出力信号線Lout1に接続される。6本の信号線SGL(7)、SGL(8)、…、SGL(12)は、共通の出力信号線Lout2に接続される。出力信号線Lout1、Lout2は、それぞれ検出回路48に接続される。
ここで、信号線SGL(1)、SGL(2)、…、SGL(6)を第1信号線ブロックとし、信号線SGL(7)、SGL(8)、…、SGL(12)を第2信号線ブロックとする。複数の選択信号線Lselは、1つの信号線ブロックに含まれる第3スイッチング素子TrSのゲートにそれぞれ接続される。また、1本の選択信号線Lselは、複数の信号線ブロックの第3スイッチング素子TrSのゲートに接続される。
具体的には、選択信号線Lsel1、Lsel2、…、Lsel6は、それぞれ信号線SGL(1)、SGL(2)、…、SGL(6)に対応する第3スイッチング素子TrSと接続される。また、選択信号線Lsel1は、信号線SGL(1)に対応する第3スイッチング素子TrSと、信号線SGL(7)に対応する第3スイッチング素子TrSと、に接続される。選択信号線Lsel2は、信号線SGL(2)に対応する第3スイッチング素子TrSと、信号線SGL(8)に対応する第3スイッチング素子TrSと、に接続される。
制御回路122(図1参照)は、選択信号ASWを順次選択信号線Lselに供給する。これにより、信号線選択回路16は、第3スイッチング素子TrSの動作により、1つの信号線ブロックにおいて信号線SGLを時分割的に順次選択する。また、信号線選択回路16は、複数の信号線ブロックでそれぞれ1本ずつ信号線SGLを選択する。このような構成により、検出装置100は、検出回路48を含むIC(Integrated Circuit)の数、又はICの端子数を少なくすることができる。
なお、信号線選択回路16は、複数の信号線SGLを束ねて検出回路48に接続してもよい。具体的には、制御回路122(図1参照)は、選択信号ASWを同時に選択信号線Lselに供給する。信号線選択回路16は、第3スイッチング素子TrSの動作により、1つの信号線ブロックにおいて複数の信号線SGL(例えば6本の信号線SGL)を選択し、複数の信号線SGLと検出回路48とを接続する。これにより、ブロック単位PAG1、PAG2で検出された信号が検出回路48に出力される。この場合、ブロック単位PAG1、PAG2に含まれる複数の部分検出領域PAA(光センサPD)からの信号が統合されて検出回路48に出力される。
ゲート線駆動回路15及び信号線選択回路16の動作により、ブロック単位PAG1、PAG2ごとに検出を行うことで、1回の検出で得られる検出信号Vdetの強度が向上するのでセンサ感度を向上させることができる。
図3に示すように、リセット回路17は、基準信号線Lvr、リセット信号線Lrst及び第4スイッチング素子TrRを有する。第4スイッチング素子TrRは、複数の信号線SGLに対応して設けられている。基準信号線Lvrは、複数の第4スイッチング素子TrRのソース又はドレインの一方に接続される。リセット信号線Lrstは、複数の第4スイッチング素子TrRのゲートに接続される。
制御回路122は、リセット信号RST2をリセット信号線Lrstに供給する。これにより、複数の第4スイッチング素子TrRがオンになり、複数の信号線SGLは基準信号線Lvrと電気的に接続される。電源回路123は、基準信号COMを基準信号線Lvrに供給する。これにより、複数の部分検出領域PAAに含まれる容量素子Ca(図4参照)に基準信号COMが供給される。
図4は、実施形態に係る検出装置の複数の部分検出領域を示す回路図である。なお、図4では、検出回路48の回路構成も併せて示している。図4に示すように、部分検出領域PAAは、光センサPDと、容量素子Caと、スイッチング素子Trとを含む。容量素子Caは、光センサPDに形成される容量(センサ容量)であり、等価的に光センサPDと並列に接続される。さらに、信号線容量Ccは、信号線SGLに形成される寄生容量であり、等価的に、信号線SGLと、光センサPDのアノード及び容量素子Caの一端側との間に形成される。
図4では、複数のゲート線GCLのうち、第2方向Dyに並ぶ2つのゲート線GCL(m)、GCL(m+1)を示す。また、複数の信号線SGLのうち、第1方向Dxに並ぶ2つの信号線SGL(n)、SGL(n+1)を示す。部分検出領域PAAは、ゲート線GCLと信号線SGLとで囲まれた領域である。
スイッチング素子Trは、光センサPDに対応して設けられる。スイッチング素子Trは、薄膜トランジスタにより構成されるものであり、この例では、nチャネルのMOS(Metal Oxide Semiconductor)型のTFT(Thin Film Transistor)で構成されている。
第1方向Dxに並ぶ複数の部分検出領域PAAに属するスイッチング素子Trのゲートは、ゲート線GCLに接続される。第2方向Dyに並ぶ複数の部分検出領域PAAに属するスイッチング素子Trのソースは、信号線SGLに接続される。スイッチング素子Trのドレインは、光センサPDのカソード及び容量素子Caに接続される。
光センサPDのアノードには、電源回路123からセンサ電源信号VDDSNSが供給される。また、信号線SGL及び容量素子Caには、電源回路123から、信号線SGL及び容量素子Caの初期電位となる基準信号COMが供給される。
後述するリセット期間Prst(図6参照)において、リセット信号線Lrstにリセット信号RST2が供給され、信号線SGLに基準信号COMが供給される。ゲート線駆動回路15は、ゲート線GCLにゲート駆動信号Vgclを順次供給して各容量素子Caをリセット電位(基準信号COM電位、例えば、0.75V)にチャージする。また、制御回路122(図1参照)は、選択信号線Lselに選択信号ASWを順次供給して各容量素子Caと同様に信号線SGLをリセット電位(基準信号COM電位、例えば、0.75V)にチャージする。
露光期間Pex(図6参照)において、部分検出領域PAAに光が照射されると、光センサPDには光量に応じた電流が流れ、これにより容量素子Caの電荷量が減少し、容量素子Caの電位がリセット電位(例えば0.75V)から低下する。その後、読み出し期間Pdet(図6参照)において、スイッチング素子Tr及び信号線選択回路16の第3スイッチング素子TrSがオンになると、各容量素子Caが検出回路48に接続される。これにより、検出装置100は、部分検出領域PAAごとに、又はブロック単位PAG1、PAG2ごとに光センサPDに照射される光の光量に応じた信号を検出できる。
検出回路48は、読み出し期間Pdet(図6参照)にスイッチSSWがオンになり、信号線SGLと接続される。検出回路48の検出信号増幅部42は、容量素子Caの電荷量変化を電圧の変動に変換して増幅する。検出信号増幅部42の非反転入力部(+)には、固定された電位を有する基準電位(Vref)が入力され、反転入力端子(-)には、信号線SGLが接続される。実施形態では、基準電位(Vref)電圧として基準信号COMと同じ信号が入力される。また、検出信号増幅部42は、容量素子Cb及びリセットスイッチRSWを有する。リセット期間Prst(図6参照)において、リセットスイッチRSWがオンになり、容量素子Cbの電荷がリセットされる。
次に、光センサPDの構成について説明する。図5Aは、センサ部の概略断面構成を示す断面図である。図5Aに示すように、センサ部10は、センサ基板21と、TFT層22と、絶縁層23と、光センサPDと、絶縁層24a、24b、24c、25を備える。
センサ基板21は、絶縁性の基材であり、例えば、ガラスや樹脂材料が用いられる。センサ基板21は、平板状に限定されず、曲面を有していてもよい。この場合、センサ基板21は、フィルム状の樹脂であってもよい。
センサ基板21は、第1面と、第1面の反対側の第2面とを有する。第1面に、TFT層22、絶縁層23、光センサPD、絶縁層24、25の順に積層される。
TFT層22は、上述したゲート線駆動回路15や信号線選択回路16等の回路が設けられる。また、TFT層22には、スイッチング素子Tr等のTFT(Thin Film Transistor)や、ゲート線GCL、信号線SGL等の各種配線が設けられる。センサ基板21及びTFT層22は、所定の検出領域ごとにセンサを駆動する駆動回路基板であり、バックプレーン又はアレイ基板とも呼ばれる。
絶縁層23は、有機絶縁層であり、TFT層22の上に設けられる。絶縁層23は、TFT層22に形成されるスイッチング素子Trや、各種導電層で形成される凹凸を平坦化する平坦化層である。
光センサPDは、絶縁層23の上に設けられる。光センサPDは、下部電極35、半導体層31及び上部電極34を有し、この順で積層される。
下部電極35は、絶縁層23の上に設けられ、コンタクトホールH1を介してTFT層22のスイッチング素子Trと電気的に接続される。下部電極35は、光センサPDのカソードであり、検出信号Vdetを読み出すための電極であり、光センサPDごとに複数設けられる。
半導体層31は、アモルファスシリコン(a-Si)である。半導体層31は、i型半導体層32a、p型半導体層32b及びn型半導体層32cを含む。i型半導体層32a、p型半導体層32b及びn型半導体層32cは、光電変換素子の一具体例である。図5Aでは、センサ基板21の表面に垂直な方向において、n型半導体層32c、i型半導体層32a及びp型半導体層32bの順に積層されている。ただし、反対の構成、つまり、p型半導体層32b、i型半導体層32a及びn型半導体層32cの順に積層されていてもよい。また半導体層31は、有機半導体からなる光電変換素子であってもよい。
n型半導体層32cは、a-Siに不純物がドープされてn+領域を形成する。p型半導体層32bは、a-Siに不純物がドープされてp+領域を形成する。i型半導体層32aは、例えば、ノンドープの真性半導体であり、p型半導体層32b及びn型半導体層32cよりも低い導電性を有する。
上部電極34は、光センサPDのアノードであり、電源信号VDDSNSを光電変換層に供給するための電極である。上部電極34は、複数の光センサPDに対して共通に設けられる。
上部電極34は、例えば、IZO(Indium Zinc Oxide)等の透光性を有する導電性材料が用いられる。下部電極35は、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)等の透光性を有する導電性材料が用いられる。
下部電極35及び上部電極34は、例えば銀(Ag)等の金属材料、あるいは、複数の金属材料の少なくとも1以上を含む合金材料であっても良い。この場合、電極の膜厚を制御することで、透光性を有する半透過型電極として電極を形成できる。例えば、膜厚10nmのAg薄膜で形成することで、60%程度の透光性を有する。これにより、光センサPDは、センサ基板21の第1面S1側から照射される光及び第2面S2側から照射される光の双方を検出できる。
絶縁層23の上に絶縁層24a及び絶縁層24bが設けられている。絶縁層24aは、上部電極34の周縁部を覆い、上部電極34と重なる位置に開口が設けられている。接続配線36は、上部電極34のうち、絶縁層24aが設けられていない部分で上部電極34と接続される。絶縁層24bは、上部電極34及び接続配線36を覆って絶縁層24aの上に設けられる。絶縁層24bの上に平坦化層である絶縁層24cが設けられる。絶縁層24cの上に絶縁層25が設けられる。ただし、絶縁層25は、なくてもよい。
図5Bは、第1変形例に係る検出装置のセンサ部の概略断面構成を示す断面図である。図5Bに示すように、第1変形例の検出装置100Aにおいて、光センサPDAは、絶縁層23aの上に設けられる。絶縁層23aは、絶縁層23を覆って設けられた無機絶縁層であり、例えば窒化シリコン(SiN)で形成される。光センサPDAは、光電変換層31Aと、下部電極35(カソード電極)と、上部電極34(アノード電極)と、を有する。センサ基板21の第1面S1に垂直な方向において、下部電極35、光電変換層31A、上部電極34の順に積層される。
光電変換層31Aは、照射される光に応じて特性(例えば、電圧電流特性や抵抗値)が変化する。光電変換層31Aの材料として、有機材料が用いられる。具体的には、光電変換層31Aとして、例えば、低分子有機材料であるC60(フラーレン)、PCBM(フェニルC61酪酸メチルエステル:Phenyl C61-butyric acid methyl ester)、CuPc(銅フタロシアニン:Copper Phthalocyanine)、F16CuPc(フッ素化銅フタロシアニン)、rubrene(ルブレン:5,6,11,12-tetraphenyltetracene)、PDI(Perylene(ペリレン)の誘導体)等を用いることができる。
光電変換層31Aは、これらの低分子有機材料を用いて蒸着型(Dry Process)で形成することができる。この場合、光電変換層31Aは、例えば、CuPcとF16CuPcとの積層膜、又はrubreneとC60との積層膜であってもよい。光電変換層31Aは、塗布型(Wet Process)で形成することもできる。この場合、光電変換層31Aは、上述した低分子有機材料と高分子有機材料とを組み合わせた材料が用いられる。高分子有機材料として、例えばP3HT(poly(3-hexylthiophene))、F8BT(F8-alt-benzothiadiazole)等を用いることができる。光電変換層31Aは、P3HTとPCBMとが混合した状態の膜、又はF8BTとPDIとが混合した状態の膜とすることができる。
下部電極35と、上部電極34とは、光電変換層31Aを挟んで対向する。上部電極34は、例えば、IZO等の透光性を有する導電性材料が用いられる。下部電極35は、例えば、ITO等の透光性を有する導電性材料が用いられる。
下部電極35及び上部電極34は、例えば銀(Ag)等の金属材料、あるいは、複数の金属材料の少なくとも1以上を含む合金材料であっても良い。この場合、電極の膜厚を制御することで、透光性を有する半透過型電極として電極を形成できる。例えば、膜厚10nmのAg薄膜で形成することで、60%程度の透光性を有する。これにより、光センサPDAは、センサ基板21の第1面S1側から照射される光及び第2面S2側から照射される光の双方を検出できる。
図5Bでは図示を省略するが、上部電極34を覆って絶縁層24が設けられてもよい。絶縁層は、パッシベーション膜であり、光センサPDAを保護するために設けられている。
図5Bに示すように、TFT層22には、光センサPDAに電気的に接続されるスイッチング素子Trが設けられる。スイッチング素子Trは、半導体層81、ソース電極82、ドレイン電極83及びゲート電極84、85を有する。光センサPDAの下部電極35は、絶縁層23、23aに設けられたコンタクトホールH11を介して、スイッチング素子Trのドレイン電極83と電気的に接続される。
スイッチング素子Trは、半導体層81の上側及び下側の両方にゲート電極84、85が設けられた、いわゆるデュアルゲート構造である。ただし、これに限定されず、スイッチング素子Trはトップゲート構造でもよく、ボトムゲート構造でもよい。
なお、図5Bでは、周辺領域GAに設けられた第2スイッチング素子TrA及び端子部を、模式的に示している。第2スイッチング素子TrAは、例えば、ゲート線駆動回路15(図1参照)に設けられたスイッチング素子である。第2スイッチング素子TrAは、半導体層86、ソース電極87、ドレイン電極88及びゲート電極89を有する。第2スイッチング素子TrAは、半導体層86の上側にゲート電極89が設けられた、いわゆるトップゲート構造である。半導体層86の下側で、半導体層86とセンサ基板21との間には、遮光層90が設けられる。ただし、これに限定されず、第2スイッチング素子TrAはボトムゲート構造でもよく、デュアルゲート構造でもよい。
スイッチング素子Trの半導体層81と、第2スイッチング素子TrAの半導体層86とは、異なる層に設けられる。スイッチング素子Trの半導体層81は、例えば酸化物半導体である。第2スイッチング素子TrAの半導体層86は、例えばポリシリコンである。
次に、検出装置100の動作例について説明する。図6は、検出装置の動作例を表すタイミング波形図である。図7は、図6におけるリセット期間の動作例を表すタイミング波形図である。図8は、図6における読み出し期間の動作例を表すタイミング波形図である。図9は、図6における行読み出し期間VRに含まれる1つのゲート線の駆動期間の動作例を表すタイミング波形図である。図10は、検出装置のセンサ部の駆動と、光源の点灯動作との関係を説明するための説明図である。
図6に示すように、検出装置100は、リセット期間Prst、露光期間Pex及び読み出し期間Pdetを有する。電源回路123は、リセット期間Prst、露光期間Pex及び読み出し期間Pdetに亘って、センサ電源信号VDDSNSを光センサPDのアノードに供給する。センサ電源信号VDDSNSは光センサPDのアノード-カソード間に逆バイアスを印加する信号である。例えば、光センサPDのカソードには実質0.75Vの基準信号COMがされているが、アノードに実質-1.25Vのセンサ電源信号VDDSNSを印加することにより、アノード-カソード間は実質2.0Vで逆バイアスされる。制御回路122は、リセット信号RST2を”H”とした後にゲート線駆動回路15にスタート信号STVおよびクロック信号CKを供給し、リセット期間Prstが開始する。リセット期間Prstにおいて、制御回路122は、基準信号COMをリセット回路17に供給し、リセット信号RST2によってリセット電圧を供給するための第4スイッチング素子TrRをオンさせる。これにより各信号線SGLにはリセット電圧として基準信号COMが供給される。基準信号COMは、例えば0.75Vとされる。
リセット期間Prstにおいて、ゲート線駆動回路15は、スタート信号STV、クロック信号CK及びリセット信号RST1に基づいて、順次ゲート線GCLを選択する。ゲート線駆動回路15は、ゲート駆動信号Vgcl{Vgcl(1)~Vgcl(M)}をゲート線GCLに順次供給する。ゲート駆動信号Vgclは、高レベル電圧である電源電圧VDDと低レベル電圧である電源電圧VSSとを有するパルス状の波形を有する。図6では、M本(例えばM=256)のゲート線GCLが設けられており、各ゲート線GCLに、ゲート駆動信号Vgcl(1)、…、Vgcl(M)が順次供給され、複数のスイッチング素子Trは各行毎に順次導通され、リセット電圧が供給される。リセット電圧として例えば、基準信号COMの電圧0.75Vが供給される。
具体的には、図7に示すように、ゲート線駆動回路15は、期間V(1)において、ゲート線GCL(1)に、高レベル電圧(電源電圧VDD)のゲート駆動信号Vgcl(1)を供給する。制御回路122は、ゲート駆動信号Vgcl(1)が高レベル電圧(電源電圧VDD)の期間に、選択信号ASW1、…、ASW6のいずれか1つ(図7では選択信号ASW1)を、信号線選択回路16に供給する。これにより、ゲート駆動信号Vgcl(1)により選択された部分検出領域PAAの信号線SGLが検出回路48に接続される。この結果、第3スイッチング素子TrSと検出回路48との間の接続配線にもリセット電圧(基準信号COM)が供給される。
同様に、ゲート線駆動回路15は、期間V(2)、…、V(M-1)、V(M)において、ゲート線GCL(2)、…、GCL(M-1)、GCL(M)に、それぞれ高レベル電圧のゲート駆動信号Vgcl(2)、…、Vgcl(M-1)、Vgcl(M)を供給する。
これにより、リセット期間Prstでは、全ての部分検出領域PAAの容量素子Caは、順次信号線SGLと電気的に接続されて、基準信号COMが供給される。この結果、容量素子Caの容量がリセットされる。尚、部分的にゲート線、および信号線SGLを選択することにより部分検出領域PAAのうち一部の容量素子Caの容量をリセットすることも可能である。
露光するタイミングの例として、ゲート線非選択時露光制御方法と常時露光制御方法がある。ゲート線非選択時露光制御方法においては、検出対象の光センサPDに接続された全てのゲート線GCLにゲート駆動信号{Vgcl(1)~(M)}が順次供給され、検出対象の全ての光センサPDにリセット電圧が供給される。その後、検出対象の光センサPDに接続された全てのゲート線GCLが低電圧(スイッチング素子Trがオフ)になると露光が開始され、露光期間Pexの間に露光が行われる。露光が終了すると前述のように検出対象の光センサPDに接続されたゲート線GCLにゲート駆動信号{Vgcl(1)~(M)}が順次供給され、読み出し期間Pdetに読み出しが行われる。常時露光制御方法においては、リセット期間Prst、読み出し期間Pdetにおいても露光を行う制御(常時露光制御)をすることも可能である。この場合は、リセット期間Prstにゲート駆動信号Vgcl(1)がゲート線GCLに供給された後に、露光期間Pex(1)が開始する。ここで、露光期間Pex{(1)・・・(M)}とは光センサPDから容量素子Caへ充電される期間とされる。リセット期間Prstに容量素子Caにチャージされた電荷が光照射によって光センサPDに逆方向電流(カソードからアノードへ)が流れ、容量素子Caの電位差は減少する。なお、各ゲート線GCLに対応する部分検出領域PAAでの、実際の露光期間Pex(1)、…、Pex(M)は、開始のタイミング及び終了のタイミングが異なっている。露光期間Pex(1)、…、Pex(M)は、それぞれ、リセット期間Prstでゲート駆動信号Vgclが高レベル電圧の電源電圧VDDから低レベル電圧の電源電圧VSSに変化したタイミングで開始される。また、露光期間Pex(1)、…、Pex(M)は、それぞれ、読み出し期間Pdetでゲート駆動信号Vgclが電源電圧VSSから電源電圧VDDに変化したタイミングで終了する。各露光期間Pex(1)、…、Pex(M)の露光時間の長さは等しい。
ゲート線非選択時露光制御方法において、露光期間Pex{(1)・・・(M)}及では、各部分検出領域PAAで、光センサPDに照射された光に応じて電流が流れる。この結果、各容量素子Caの電位がリセット電位(例えば0.75V)より低下する。
読み出し期間Pdetが開始する前のタイミングで、制御回路122は、リセット信号RST2を低レベル電圧にする。これにより、リセット回路17の動作が停止する。尚、リセット信号はリセット期間Prstのみ高レベル電圧としてもよい。読み出し期間Pdetでは、リセット期間Prstと同様に、ゲート線駆動回路15は、ゲート線GCLにゲート駆動信号Vgcl(1)、…、Vgcl(M)を順次供給する。
具体的には、図8に示すように、ゲート線駆動回路15は、行読み出し期間VR(1)において、ゲート線GCL(1)に、高レベル電圧(電源電圧VDD)のゲート駆動信号Vgcl(1)を供給する。制御回路122は、ゲート駆動信号Vgcl(1)が高レベル電圧(電源電圧VDD)の期間に、選択信号ASW1、…、ASW6を、信号線選択回路16に順次供給する。これにより、ゲート駆動信号Vgcl(1)により選択された部分検出領域PAAの信号線SGLが順次、又は同時に検出回路48に接続される。この結果、検出信号Vdetが部分検出領域PAAごとに検出回路48に供給される。
同様に、ゲート線駆動回路15は、行読み出し期間VR(2)、…、VR(M-1)、VR(M)において、ゲート線GCL(2)、…、GCL(M-1)、GCL(M)に、それぞれ高レベル電圧のゲート駆動信号Vgcl(2)、…、Vgcl(M-1)、Vgcl(M)を供給する。すなわち、ゲート線駆動回路15は、行読み出し期間VR(1)、VR(2)、…、VR(M-1)、VR(M)ごとに、ゲート線GCLにゲート駆動信号Vgclを供給する。各ゲート駆動信号Vgclが高レベル電圧となる期間ごとに、信号線選択回路16は選択信号ASWに基づいて、順次信号線SGLを選択する。信号線選択回路16は、信号線SGLごとに順次、1つの検出回路48に接続する。これにより、読み出し期間Pdetで、検出装置100は、全ての部分検出領域PAAの検出信号Vdetを検出回路48に出力することができる。
以下、図9を参照して、図6における1つのゲート駆動信号Vgcl(j)の供給期間である行読み出し期間VR中の動作例について説明する。図6では、最初のゲート駆動信号Vgcl(1)に行読み出し期間VRの符号を付しているが、他のゲート駆動信号Vgcl(2)、…、Vgcl(M)についても同様である。jは、1からMのいずれかの自然数である。
図9および図4に示すように、第3スイッチング素子TrSの出力(Vout)は予め基準電位(Vref)電圧にリセットされている。基準電位(Vref)電圧はリセット電圧とされ、例えば0.75Vとされる。次にゲート駆動信号Vgcl(j)がハイレベルとなり当該行のスイッチング素子Trがオンし、各行の信号線SGLは当該部分検出領域PAAの容量(容量素子Ca)に蓄積された電荷に応じた電圧になる。ゲート駆動信号Vgcl(j)の立ち上がりから期間t1の経過後、選択信号ASW(k)がハイになる期間t2が生じる。選択信号ASW(k)がハイになって第3スイッチング素子TrSがオンすると、当該第3スイッチング素子TrSを介して検出回路48と接続されている部分検出領域PAAの容量(容量素子Ca)に充電された電荷により、第3スイッチング素子TrSの出力(Vout)(図4参照)が当該部分検出領域PAAの容量(容量素子Ca)に蓄積された電荷に応じた電圧に変化する(期間t3)。図9の例では期間t3のようにこの電圧はリセット電圧から下がっている。その後、スイッチSSWがオン(SSW信号のハイレベルの期間t4)すると当該部分検出領域PAAの容量(容量素子Ca)に蓄積された電荷が検出回路48の検出信号増幅部42の容量(容量素子Cb)へ電荷が移動し、検出信号増幅部42の出力電圧は容量素子Cbに蓄積された電荷に応じた電圧となる。このとき検出信号増幅部42の反転入力部はオペアンプのイマジナリショート電位となるため、基準電位(Vref)に戻っている。検出信号増幅部42の出力電圧はA/D変換部43で読み出す。図9の例では、各列の信号線SGLに対応する選択信号ASW(k)、ASW(k+1)、…の波形がハイになって第3スイッチング素子TrSを順次オンさせ、同様の動作を順次行うことで当該ゲート線GCLに接続された部分検出領域PAAの容量(容量素子Ca)に蓄積された電荷を順次読み出している。なお図9におけるASW(k)、ASW(k+1)…は、例えば、図9におけるASW1からASW6のいずれかである。
具体的には、スイッチSSWがオンになる期間t4が生じると、部分検出領域PAAの容量(容量素子Ca)から検出回路48の検出信号増幅部42の容量(容量素子Cb)へ電荷が移動する。このとき検出信号増幅部42の非反転入力(+)は、基準電位(Vref)電圧(例えば、0.75[V])にバイアスされている。このため、検出信号増幅部42の入力間のイマジナリショートにより第3スイッチング素子TrSの出力(Vout)も基準電位(Vref)電圧になる。また、容量素子Cbの電圧は、選択信号ASW(k)に応じて第3スイッチング素子TrSがオンした箇所の部分検出領域PAAの容量(容量素子Ca)に蓄積された電荷に応じた電圧となる。検出信号増幅部42の出力は、イマジナリショートによって第3スイッチング素子TrSの出力(Vout)が基準電位(Vref)電圧になった後に、容量素子Cbの容量に応じた電圧になり、この出力電圧をA/D変換部43で読み取る。なお、容量素子Cbの電圧とは、例えば、容量素子Cbを構成するコンデンサに設けられる2つの電極間の電圧である。
なお、期間t1は、例えば20[μs]である。期間t2は、例えば60[μs]である。期間t3は、例えば44.7[μs]である。期間t4は、例えば0.98[μs]である。
図10に示すように、期間t(1)、期間t(2)、期間t(3)、期間t(4)のそれぞれにおいて、検出装置100は、上述したリセット期間Prst、露光期間Pex{(1)・・・(M)}及び読み出し期間Pdetを実行する。リセット期間Prst及び読み出し期間Pdetにおいて、ゲート線駆動回路15は、ゲート線GCL(1)からゲート線GCL(M)まで順次走査する。以下の説明において、各期間tでの検出、すなわち、リセット期間Prst及び読み出し期間Pdetでゲート線GCL(1)からゲート線GCL(M)まで走査され、各列の信号線SGLから検出信号Vdetを取得する検出を、1フレームの検出と表す。
制御回路122は、検出対象に応じて光源の点灯、非点灯を制御することができる。図10では、期間t(1)及び期間t(3)に第1光源61が点灯され、期間t(2)及び期間t(4)に第2光源62が点灯される例を示している。すなわち、図10に示す例において、制御回路122は、1フレームの検出ごとに、第1光源61と第2光源62とを交互に点灯、非点灯を切り換える。これに限らず、例えば、制御回路122は、所定期間ごとに第1光源61及び第2光源62の点灯、非点灯を切り換えてもよいし、いずれか一方を連続して点灯してもよい。
なお、図6から図10では、ゲート線駆動回路15がゲート線GCLを個別に選択する例を示したが、これに限定されない。ゲート線駆動回路15は、2以上の所定数のゲート線GCLを同時に選択し、所定数のゲート線GCLごとに順次ゲート駆動信号Vgclを供給してもよい。また、信号線選択回路16も、2以上の所定数の信号線SGLを同時に1つの検出回路48に接続してもよい。また更には、ゲート線駆動回路15は、複数のゲート線GCLを間引いて走査してもよい。
図8に示すように、行読み出し期間VR(1)において、ゲート駆動信号Vgcl(1)が高レベル電圧(電源電圧VDD)の期間に、選択信号ASW1、…、ASW6が、信号線選択回路16に順次供給される。すなわち、時刻t11で選択信号ASW1が低レベル電圧になった後も、時刻t13でゲート駆動信号Vgcl(1)が低レベル電圧になるまでの露光期間Pex-1に、継続して露光される。露光期間Pex-1に応じた電荷が、光センサPDから、選択信号ASW1に対応する信号線SGL(1)にチャージされる。
同様に、各選択信号ASW1、…、ASW6に応じた露光期間Pex-1、…、Pex-6のそれぞれで、各信号線SGLに電荷がチャージされる。例えば、露光期間Pex-6は時刻t12で選択信号ASW6が低レベル電圧になった後、時刻t13でゲート駆動信号Vgcl(1)が低レベル電圧になるまでの期間であり、列ごとに露光期間Pexが異なる。
そして、次の行読み出し期間VR(2)では、2行目の検出信号Vdetに、前の行読み出し期間VR(1)の露光期間Pex-1(SGL(1))・・・・Pex-6(SGL(6))の期間でチャージされた電荷分が合計された信号が、検出回路48に供給される。
図11は、検出部の出力値と光センサに照射された光の強度との関係を示す図である。
センサ部10の検出領域AAに設けられる光センサPDは、個々に特性が異なる。このため、図11に実線で示したように、照射された光の強度に対して検出回路48の出力値にバラツキが生じる。このため、同一のセンサ部10のセンサ基板21上に設けられた複数の光センサPDの特性バラツキに起因する検出精度の低下や、光センサPDの特性バラツキに起因して、異なるセンサ部10間で検出結果のバラツキが生じ得る。
本開示に係る検出装置100では、センサ部10の検出領域AAに設けられる光センサPDごとに、照射される光の強度に応じた補正値を記憶部46に保持しておき、検出処理において、記憶部46に保持した補正値を適用することにより、図11に破線で示した基準値となるように、各光センサPDの特性バラツキに起因する出力値のバラツキを補償する。
図12は、検出処理における補正値適用前後の相間性を示す模式図である。図12では、検出領域AAの全ての光センサPDに同一強度の光を照射した例を示している。
補正値適用前の検出回路48の出力データ値は、図12の上図に示すように、センサ部10の検出領域AAに設けられる光センサPDごとに異なる値となっている。本開示に係る検出装置100では、検出回路48の出力データ値に対して、検出領域AAの全ての光センサPDごとの補正値を適用することにより、図12の下図に示すように、均一なデータ値に補償することができる。
図13は、補正値データの一例を示す図である。図13に示すように、補正値データは、検出回路48の出力データ値L(i)(iは、1からIまでの整数)に対応して、検出領域AAの全ての光センサPDごとの補正値を含む。本開示において、信号処理部44は、記憶部46に保持された補正値データを適用して、光センサPDの特性バラツキに起因する出力値のバラツキを補償する。具体的に、信号処理部44は、例えば、光センサPD(n,m)(第1方向Dxのn番目、第2方向Dyのm番目の光センサPD)に対応する検出回路48の出力データ値がL(i)(n,m)であるとき、下記(1)式を用いて、補正後データ値L(i)(m,n)’を算出する。
L(i)(m,n)’=L(i)(m,n)+ΔL(i)(m,n)・・・(1)
これにより、センサ部10の検出領域AAに設けられる光センサPDの特性バラツキに起因した検出精度の低下を抑制することができる。また、図11に破線で示した基準値を用いて、図13に示す補正値データを生成することで、光センサPDの特性バラツキに起因して、異なるセンサ部10間で生じる検出結果のバラツキを抑制することができる。なお、図13に示す補正値データの生成手法により本開示が限定されるものではない。
ところで、検出装置100の使用状況やアプリケーション等に応じて、センサ部10と制御部20とを組み替える場合がある。具体的には、例えば、医療現場等において、衛生面や感染症の拡散予防の観点から、検査対象者ごと、あるいは、検査実施ごとにセンサ部10を交換して運用することが想定される。このような運用では、センサ部10を交換する度に記憶部46に保持する補正値データを更新する必要がある。また、例えば、制御部20を組み込んだ機器の出荷後に、センサ部10を組み合わせることが考えられる。以下、センサ部10ごとの補正値データを制御部20の記憶部46に反映させる構成について説明する。
図14は、実施形態に係る検出システムの構成を示す図である。図14に示すように、実施形態に係る検出システム1は、上述したセンサ部10及び制御部20を含む検出装置100と、上位制御装置200と、データ格納部300と、を有する。
データ格納部300は、例えば、クラウド上のネットワークサーバNSに設けられている。データ格納部300には、センサ部10の補正値データ(図13参照)が格納されている。
データ格納部300は、例えばネットワークサーバNSに設けられたハードディスクが例示される。データ格納部300には、複数のセンサ部10に対応する補正値データが格納される。これら複数の補正値データは、センサ部10と識別コードで関連付けられている。識別コードは、センサ部10ごとに個別に割り当てられている。
図15は、データ格納部に格納される複数のセンサ部に対応した補正値データを示す図である。
データ格納部300には、図13に示す補正値データ(図15中のデータ1,2,・・・,q,・・・,Q)がセンサ部10に対応する識別コード(00・・・001,00・・・010,・・・,**・・・***,・・・,11・・・111)と関連付けられて格納されている。
制御部20は、上位制御装置200との間で通信を行う。具体的には、例えばインターフェース回路126(図1参照)と上位制御装置200とがUSBケーブルで有線接続されて有線通信を行う。上位制御装置200は、ネットワークNWを介してネットワークサーバNSと無線通信を行う。
図16は、補正値データ取得処理の一例を示すフローチャートである。
補正値データの取得時において、後述する識別コード読み取り処理(ステップS1)の後、制御部20は、センサ部10の識別コードを付加した補正値データの要求指令を上位制御装置200に出力し(ステップS101)、上位制御装置200は、ネットワークサーバNSに対して当該要求指令を送信する(ステップS102)。ネットワークサーバNSは、補正値データの要求指令を受信すると(ステップS103)、識別コードに対応する補正値データをデータ格納部300から読み出し(ステップS104)、上位制御装置200に対して当該補正値データを送信する(ステップS105)。上位制御装置200は、補正値データを受信すると(ステップS106)、検出装置100に対して当該補正値データを転送する(ステップS107)。制御部20は、転送された補正値データを記憶部46に格納し(ステップS108)、補正値データ取得処理を終了する。
検出システム1の構成は、図14に示す態様に限定されない。例えば、制御部20がネットワークサーバNSとの無線通信機能を有する態様であっても良い。この場合、制御部20は、ネットワークNWを介してネットワークサーバNSと無線通信を行う態様であっても良い。また、データ格納部300は、クラウド上のネットワークサーバNSに設けられる態様に限定されない。例えば上位制御装置200にデータ格納部300が設けられた態様であっても良い。この場合、データ格納部300は、例えば上位制御装置200に設けられたハードディスクが例示される。
センサ部10の識別コードは、センサ部10の固有情報であり、センサ部10の識別コードと補正値データとは1対1で対応する。本開示では、上述した補正値データ取得処理のステップS101において、センサ部10固有の識別コードを付加した補正値データの要求指令を出力する際、センサ部10に設けられた光センサPDを用いて、制御部20がセンサ部10の識別コードを読み取る。以下、実施形態に係る識別コードの態様について説明する。
(実施形態1)
図17は、実施形態1に係る識別コードの態様を示す図である。図17に示す例では、センサ部10の検出領域AAの外側の周辺領域GAに個体識別部18が設けられている。
個体識別部18は、複数のコード検出領域CAAが設けられている。個体識別部18におけるコード検出領域CAAは、検出領域AAに設けられる部分検出領域PAAと同様の構成であり、それぞれ光センサPDが設けられている。個体識別部18は、センサ部10の識別コードに対応して、複数のコード検出領域CAAに遮光パターン12が設けられ遮光されている。図17では、第1方向Dxに18個のコード検出領域CAAが並び、第2方向に2個のコード検出領域CAAが並ぶ例を示したが、個体識別部18の態様はこれに限定されない。また、個体識別部18が設けられる位置は、図17に示す例に限定されない。
また、図17に示す例では、制御部20にコード読取部50が設けられている。コード読取部50は、例えば制御回路122に含まれる態様であっても良いし、検出回路48に含まれる態様であっても良い。
図18は、個体識別部の回路構成の一例を示す図である。図16に示す補正値データ取得処理の識別コード読み取り処理(ステップS1)において、コード読取部50は、個体識別部18のスイッチ制御線13を制御し、読み出し線14を介して個体識別部18で定義された識別コードを読み取り、読み取った識別コードをシリアルデータとして出力する。
図19は、コード検出領域の概略断面構造を示す図である。図19に示すように、遮光パターン12は、下部電極35側の第1面S1に設けられる態様であっても良いし、上部電極34側の第2面S2に設けられる態様であっても良い。
補正値データの取得時において、遮光パターン12により光が遮られたコード検出領域CAAの光センサPDに対応する検出値は、他のコード検出領域CAAの光センサPDに対応する検出値との差が大きい。各検出値は図18中のコンパレータにより基準値Vcompと比較されてデジタル値に変換され、識別コードとして検出部40により読み取られる。
(変形例)
図20は、実施形態1の変形例に係る個体識別部の態様を示す図である。図20に示す実施形態1の変形例では、第1方向Dxに複数のコード検出領域CAAが並ぶ個体識別部18がリセット回路17と検出領域AAとの間に設けられている。
コード検出領域CAAには、検出領域AAの部分検出領域PAAと同様に、それぞれ光センサが設けられ、光センサに形成される容量素子、及び、光センサに対応して設けられるスイッチング素子を含む。コード検出領域CAAにおける構成は、図4に示す検出領域AAにおける部分検出領域PAAと同様であるので、ここでは詳細な説明を省略する。
各コード検出領域CAAのスイッチング素子のゲートは、ゲート線GCL(0)に接続される。スイッチング素子のソースは、各信号線SGLに接続される。スイッチング素子のドレインは、各コード検出領域CAAの光センサのカソード及び容量素子に接続される。
図20に示す実施形態1の変形例の態様において、個体識別部18で定義された識別コードは、信号線選択回路16を介して検出部40により読み取られる。すなわち、図20に示す態様では、コード読取部を別途設けることなく、識別コードの読み出しが可能となる。
なお、図20では、隣接する信号線SGLに対応してコード検出領域CAAを設けた例を示したが、M(Mは、2以上の整数)の倍数で並ぶ信号線SGL(Mn)(nは1以上の整数)、例えば、SGL(2n)やSGL(3n)、SGL(4n)等)や、信号線(P+Mn)(Pは、1以上の整数)に対応してコード検出領域CAAを設けた態様であっても良い。あるいは、コード検出領域CAAを第2方向Dyに並べて設けた態様であっても良いし、Q行R列(Q,Rは、1以上の整数)のコード検出領域CAAを設けた態様であっても良い。
(実施形態2)
図21は、実施形態2に係る識別コードの態様を示す図である。図21に示す例では、センサ部10aの検出領域AAに重なるように個体識別部18aが設けられている。
本実施形態において、検出部40は、実施形態1の変形例と同様に、補正値データの取得時において個体識別部18aで定義された識別コードを読み取る態様であるが、本実施形態では、個体識別部18aを検出領域AAに重ねて設けている点で、実施形態1とは異なっている。
本実施形態では、生体情報を検出する際の検出面を第1面S1としている。図21に示す例では、センサ基板21の第1面S1に個体識別部18aが設けられ、第1面S1の裏面(第2面S2)は遮光されている。本実施形態において、個体識別部18aは、例えばバーコードが印刷された透明シート19がセンサ部10aの検出領域AAに貼り付けられ、図16に示す補正値データ取得処理後に透明シート19を剥がし、生体情報の検出を行う。なお、図21では、バーコードを含む領域のみに透明シート19が貼り付けられた例を示したが、透明シート19は、検出領域AAの全面を覆う保護シート状の態様であっても良い。
図22は、実施形態2に係る個体識別部の態様の一例を示す図である。図22に示すように、個体識別部18aは、例えばバーコードの周囲にバーコードの位置を示す特定の形状を有する位置検出パターン18bを含む態様であっても良い。これにより、検出部40は、補正値データの取得時において個体識別部18aの位置を正確にトレースすることができる。なお、位置検出パターン18bの形状は図22に示す態様に限定されない。
補正値データの取得時において、上記態様の個体識別部18aにより光が遮られた光センサPDに対応する検出値は、検出領域AA内の他の光センサPDに対応する検出値との差が大きい。検出部40は、補正値データの取得時において、検出領域AAの全面を走査し、各センサPDに対応する検出値を所定の閾値と比較することで、個体識別部18aで定義された識別コードを読み取ることができる。
図23は、実施形態2に係る識別コード読み取り処理の一例を示すフローチャートである。図16に示す補正値データ取得処理の識別コード読み取り処理(ステップS1)において、検出部40は、検出領域AAの全面を走査して位置検出パターン18bを識別し(ステップS201)、識別した位置検出パターン18bからバーコードの位置を特定し(ステップS202)、個体識別部18aで定義された識別コードを読み取る(ステップS203)。
(実施形態3)
図24は、実施形態3に係る識別コードの態様を示す図である。図24に示す例では、生体情報を検出する際の検出面の裏面(第2面S2)に個体識別部18aが設けられている。
本実施形態において、検出部40は、実施形態2と同様に、補正値データの取得時において個体識別部18aで定義された識別コードを読み取る。
本実施形態において、個体識別部18aは、バーコードが第2面S2に印刷されている。上述したように、透光性を有する導電性材料、あるいは透光性を有する半透過型電極で上部電極34を構成することにより、第2面S2側から照射される光を検出できる。
図25は、実施形態3に係る個別識別部を設けた構成の具体例を説明する図である。実施形態3に係るセンサ部10bを適用する具体例として、例えば、指Fgの脈波や静脈などの血管パターンを検出する例について説明する。図25において、第1光源61(又は、第2光源62)は、赤色光あるいは赤外光を出射する。
センサ部10bの第1面S1側及び第2面S2側には、光学系フィルムが設けられている。フィルムFL1は、孔の空いている方向に進行する光を光センサPDに向けて透過させ、他の方向に進行する光を減衰させる。フィルムFL1は、例えば、コリメートアパーチャ、あるいは、コリメータとも呼ばれる。フィルムFL2は、例えば600nm以下の波長の光をカットする。さらに、センサ部10bの第2面S2側には、遮光フィルムFL3が設けられる。
実施形態3では、図16に示す補正値データ取得処理を実行して、センサ部10bの補正値データを取得した後、遮光フィルムFL3を貼り付ける。すなわち、図16に示す補正値データ取得処理の識別コード読み取り処理(ステップS1)において、検出部40は、センサ部10bの第2面S2側からフィルムFL2を透過した可視光により個体識別部18aで定義された識別コードを読み取ることができる。
そして、センサ部10bの補正値データを取得後、遮光フィルムFL3を貼り付け、生体情報を検出する際に、第1光源61(又は、第2光源62)を点灯させる。これにより、検出部40は、センサ部10bの第1面S1側からフィルムFL2と透過した赤色光あるいは赤外光により生体情報(例えば、指Fgの脈波や静脈などの血管パターン)の検出を行うことができる。
なお、実施形態2と同様に、個体識別部18aは、例えばバーコードが印刷された透明シート19が貼り付けられた態様であっても良い。また、個体識別部18aは、例えばバーコードの周囲にバーコードの位置を示す特定の形状を有する位置検出パターン18bを設ける態様であっても良い。
以上、本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明はこのような実施の形態に限定されるものではない。実施の形態で開示された内容はあくまで一例にすぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で行われた適宜の変更についても、当然に本発明の技術的範囲に属する。上述した各実施形態及び各変形例の要旨を逸脱しない範囲で、構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも1つを行うことができる。
1 検出システム
10,10a,10b センサ部
11 検出制御部
12 遮光パターン
13a,13b スイッチ制御線
14 読み出し線
15 ゲート線駆動回路
16 信号線選択回路
17 リセット回路
18,18a 個体識別部
18b 位置検出パターン
19 透明シート
20 制御部
21 センサ基板
40 検出部
48 検出回路
50 コード読取部
61 第1光源(光源)
62 第2光源(光源)
71 フレキシブルプリント基板(FPC)
100 検出装置
122 制御回路
123 電源回路
126 インターフェース回路
200 上位制御装置
300 データ格納部
AA 検出領域
CAA コード検出領域
GA 周辺領域
GCL ゲート線
NS ネットワークサーバ
NW ネットワーク
PD 光センサ
S1 第1面
S2 第2面
SGL 信号線
Tr スイッチング素子
Vgcl ゲート駆動信号

Claims (15)

  1. 検出領域に複数の光センサが設けられたセンサ部と、
    前記センサ部を制御する制御部と、
    複数の前記光センサの検出値に対する補正値を含む補正値データと複数のセンサ部の識別コードとが1対1で関連付けられて格納されたデータ格納部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記センサ部の識別コードに対応する補正値データを前記データ格納部から取得し、取得した補正値データに基づき、前記光センサの検出値を補正する、
    検出システム。
  2. 前記センサ部は、前記識別コードが定義された個体識別部を備える、
    請求項1に記載の検出システム。
  3. 前記個体識別部は、前記検出領域の外側の周辺領域に設けられている、
    請求項2に記載の検出システム。
  4. 前記個体識別部は、それぞれ光センサが設けられた複数のコード検出領域が設けられ、
    前記識別コードに応じて前記コード検出領域が遮光されている、
    請求項3に記載の検出システム。
  5. 前記個体識別部は、前記検出領域に重ねて設けられている、
    請求項2に記載の検出システム。
  6. 前記個体識別部は、前記識別コードに対応するバーコードを含む、
    請求項5に記載の検出システム。
  7. 前記個体識別部は、前記検出領域における前記バーコードの位置を示す位置検出パターンを含む、
    請求項6に記載の検出システム。
  8. 前記制御部は、前記位置検出パターンを識別して、前記バーコードの位置を特定する、
    請求項7に記載の検出システム。
  9. 前記センサ部は、第1面と、前記第1面の裏面の第2面と、を有する、
    請求項5から8の何れか一項に記載の検出システム。
  10. 前記個体識別部は、前記第1面に設けられている、
    請求項9に記載の検出システム。
  11. 前記個体識別部は、前記第2面に設けられている、
    請求項9に記載の検出システム。
  12. 前記個体識別部は、前記第2面に印刷されている、
    請求項11に記載の検出システム。
  13. 前記制御部は、前記光センサの検出値に基づいて、前記個体識別部で定義された前記識別コードを読み出し、当該識別コードに対応する補正値データを前記データ格納部から取得する、
    請求項2から12の何れか一項に記載の検出システム。
  14. 前記センサ部は光源を有し、
    前記制御部は、生体情報を検出する際に前記光源を点灯させる、
    請求項1から13の何れか一項に記載の検出システム。
  15. 前記光源は、生体情報を検出する際に赤色光及び赤外光のうちの何れか一方を出射する、
    請求項14に記載の検出システム。
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