JP2023135979A - 光学式センサ - Google Patents

Abstract

【課題】短時間で複数波長により複数種類の情報を取得する光学式センサを提供する。【解決手段】光学式センサは、平面にマトリクス状に配列された複数の画素ＰＸを備える受光部（センサ部６１０）と、ピンホールが設けられた第１ピンホール層６０２と、第１透過層６０４と、ピンホールが設けられた第２ピンホール層６０６と、第２ピンホール層の上に配置され、光を透過する第２透過層６０８と、第２透過層の上の複数の画素とそれぞれ重なる位置に配置された第１群及び第２群に夫々属する複数のマイクロレンズ６１０と、を含む。第１群及び第２群に属する複数のマイクロレンズのうち一方は、第１波長帯の光を透過する第１波長選択部６１２であり、第１群に属する複数のマイクロレンズと第２群に属する複数のマイクロレンズのうちの他方と、第１透過層と、第２透過層と、のうちの少なくとも１つは、第２波長帯の光を透過する第２波長選択部６１４である。【選択図】図７

Description

本発明は、光学式センサに関する。

光学式センサによれば、特定波長帯の光を測定対象に照射し、該測定対象からの反射光や透過光をセンシングすることにより、所定の情報を取得することができる。例えば、光学式センサは、可視光を指に照射し、反射光や透過光をセンシングすることにより指紋の情報を取得できる。また、光学式センサは、近赤外光を指に照射し、透過光をセンシングすることにより静脈の情報を取得することもできる。

また、散乱光から平行光のみを取り出す方法として、コリメータを用いる方法がある（下記特許文献１参照）。

国際公開第２０１９／１６７１４５号

光学式センサは、複数の波長帯の光を、間隔を空けて順に測定対象に照射し、該測定対象からの反射光や透過光をそれぞれセンシングすることにより、測定対象に関する複数種類の情報を取得することができる。しかしながら、そのようにすると、複数種類の情報を全て取得するまで時間が長く掛かってしまうという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、短時間で複数波長により複数種類の情報を取得することができる光学式センサを提供することにある。

本開示の一側面に係る光学式センサは、平面にマトリクス状に配列された複数の画素を備え、測定対象からの光を受光する受光部と、前記複数の画素とそれぞれ重なる位置にピンホールが設けられた第１ピンホール層と、前記第１ピンホール層の上に配置され、光を透過する第１透過層と、前記複数の画素とそれぞれ重なる位置にピンホールが設けられ、前記第１透過層の上に配置された第２ピンホール層と、前記第２ピンホール層の上に配置され、光を透過する第２透過層と、前記第２透過層の上の前記複数の画素とそれぞれ重なる位置に配置された第１群に属する複数のマイクロレンズ及び第２群に属する複数のマイクロレンズと、を含み、前記第１群に属する複数のマイクロレンズと前記第２群に属する複数のマイクロレンズのうち一方は、第１波長帯の光を透過する第１波長選択部であって、前記第１群に属する複数のマイクロレンズと前記第２群に属する複数のマイクロレンズのうちの他方と、前記第１透過層と、前記第２透過層と、のうちの少なくとも１つは、第２波長帯の光を透過する第２波長選択部である、ことを特徴とする。

本開示によれば、短時間で複数波長により複数種類の情報を取得することができる。

光学式センサの概略を示す平面図である。 光学式センサの構成例を示すブロック図である。 光学式センサを示す回路図である。 検出領域の一部の回路図である。 図１のV－V線切断面を示す部分断面図である。 第１実施形態に係るマイクロレンズアレイの俯瞰図である。 光学式センサの平面図及び断面図と、透過率について説明するための図である。 センサ出力の時間変化を表す図である。 変形例１乃至３に係る光学式センサの断面図である。 変形例４及び５に係る光学式センサの平面図である。 フォトリソグラフィ法によるマイクロレンズアレイの製造方法を示す図である。 インクジェット法によるマイクロレンズアレイの製造方法を示す図である。 第２実施形態について説明するための図である。 第３実施形態について説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。但し、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

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。本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。

さらに、本発明の詳細な説明において、ある構成物と他の構成物の位置関係を規定する際、「上に」「下に」とは、ある構成物の直上あるいは直下に位置する場合のみでなく、特に断りの無い限りは、間にさらに他の構成物を介在する場合を含むものとする。

[第１実施形態]
図１は、本発明の第１実施形態に係る光学式センサ１の概略を示す平面図である。図１に示すように、光学式センサ１は、樹脂基板１００と、受光部１０と、ゲート線駆動回路１５と、信号線選択回路１６と、制御回路２６と、電源回路２８と、検出回路４８と、フレキシブルプリント基板３００と、制御基板４００と、を有する。

樹脂基板１００には、フレキシブルプリント基板３００を介して制御基板４００が電気的に接続される。フレキシブルプリント基板３００には、検出回路４８が設けられている。制御基板４００には、制御回路２６及び電源回路２８が設けられている。制御回路２６は、受光部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、受光部１０の検出動作を制御する。検出回路４８及び制御回路２６は、例えば、ＩＣ(Integrated Circuit)やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）である。電源回路２８は、電源電圧を受光部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。

樹脂基板１００は、検出領域ＤＡと額縁領域ＰＡとを有する。検出領域ＤＡは、受光部１０が設けられる領域である。額縁領域ＰＡは、検出領域ＤＡの外側の領域であり、受光部１０が設けられない領域である。

額縁領域ＰＡは、折曲領域ＢＡと端子領域ＴＡとを有する。折曲領域ＢＡと端子領域ＴＡとは、額縁領域ＰＡの一端に設けられる。折曲領域ＢＡ及び端子領域ＴＡには、検出領域ＤＡに繋がる配線が配置される。端子領域ＴＡにおいて、樹脂基板１００とフレキシブルプリント基板３００とが接続される。

受光部１０は、平面にマトリクス状に配列された複数の画素ＰＸを備え、測定対象からの光を受光する。具体的には、受光部１０は、第１方向Ｄｘおよび該第１方向Ｄｘと平面視で直交する第２方向Ｄｙに沿ってマトリクス状に配置された複数の画素ＰＸを備え、測定対象からの光を受光する。第１方向Ｄｘは、ゲート線ＧＣＬの延伸方向であり、第２方向Ｄｙは、信号線ＳＧＬの延伸方向である。複数の画素ＰＸは、検出領域ＤＡにマトリクス状に配列される。複数の画素ＰＸは、フォトダイオードである光センサ３０（図４参照）を含み、それぞれに照射される光に応じた電気信号を出力する。各画素ＰＸは、それぞれに照射される光に応じた電気信号を第１検出信号Ｖｄｅｔとして信号線選択回路１６に出力する。また、各画素ＰＸ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に従って検出を行う。

ゲート線駆動回路１５及び信号線選択回路１６は、額縁領域ＰＡに設けられる。具体的には、ゲート線駆動回路１５は、額縁領域ＰＡのうち信号線ＳＧＬの延伸方向（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、額縁領域ＰＡのうちゲート線ＧＣＬの延伸方向（第１方向Ｄｘ）に沿って延在する領域に設けられ、受光部１０と折曲領域ＢＡとの間に設けられる。

図２は、本発明の第１実施形態に係る光学式センサ１の構成例を示すブロック図である。図２に示すように、光学式センサ１は、さらに検出制御部１１と検出部４０とを有する。検出制御部１１の機能の一部又は全部は、制御回路２６に含まれる。また、検出部４０の機能の一部又は全部は、制御回路２６に含まれる。

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ＲＳＴ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。

ゲート線駆動回路１５は、各種制御信号に基づいてゲート線ＧＣＬ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に接続された画素ＰＸを選択する。

信号線選択回路１６は、複数の信号線ＳＧＬ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とを接続する。これにより、信号線選択回路１６は、画素ＰＸの第１検出信号Ｖｄｅｔを検出部４０に出力する。

検出部４０は、信号処理部４４と、記憶部４５と、座標抽出部４６と、検出タイミング制御部４７と、検出回路４８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、信号処理部４４と、座標抽出部４６と、検出回路４８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、第１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、受光部１０に入力された所定の物理量を検出する論理回路である。信号処理部４４は、指Ｆｇが検出面に接触又は近接した場合に、検出回路４８からの信号に基づいて指Ｆｇや掌の表面の凹凸を検出できる。また、信号処理部４４は、検出回路４８からの信号に基づいて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や掌の血管像、脈波、脈拍、血中酸素飽和度等である。また、信号処理部４４は、第１検出信号Ｖｄｅｔと第２検出信号Ｖｄｅｔ－Ｒとの差分の信号ΔＶを演算する。

記憶部４５は、信号処理部４４で演算された信号を一時的に保存する。また、記憶部４５は、過去の第１検出信号Ｖｄｅｔ、第２検出信号Ｖｄｅｔ－Ｒ及び差分の信号ΔＶに関する情報を記憶する。記憶部４５は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）、レジスタ回路等であってもよい。

座標抽出部４６は、信号処理部４４において指Ｆｇの接触又は近接が検出されたときに、指Ｆｇ等の表面の凹凸の検出座標を求める論理回路である。また、座標抽出部４６は、指Ｆｇや掌の血管の検出座標を求める論理回路である。座標抽出部４６は、受光部１０の各光センサ３０から出力される第１検出信号Ｖｄｅｔを組み合わせて、指Ｆｇ等の表面の凹凸の形状を示す二次元情報を生成する。なお、座標抽出部４６は、検出座標を算出せずにセンサ出力Ｖｏとして第１検出信号Ｖｄｅｔ及び第２検出信号Ｖｄｅｔ－Ｒを出力してもよい。

次に、光学式センサ１の回路構成例及び動作例について説明する。図３は、光学式センサ１を示す回路図である。図４は、検出領域の一部の回路図である。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３に示すように、受光部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３０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３０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。また、センサの解像度は例えば５０８ｄｐｉ（ｄｏｔ ｐｅｒ ｉｎｃｈ）とされ、セル数は２５２×２５６とされる。また、図３では、信号線選択回路１６とリセット回路１７との間に受光部１０が設けられている。これに限定されず、信号線選択回路１６とリセット回路１７とは、信号線ＳＧＬの同じ方向の端部にそれぞれ接続されていてもよい。

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、検出制御部１１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第１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、血管像、血中酸素飽和度等）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を同時に選択してもよい。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、複数の第１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を含むグループ領域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。以下、グループ領域ＰＡＧ１、ＰＡＧ２のようにそれぞれ異なるグループ領域の各々の位置を特に区別しない場合、グループ領域ＰＡＧと記載する。

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２スイッチング素子ＴｒＳと、を有する。複数の第２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２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２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２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２スイッチング素子ＴｒＳと、信号線ＳＧＬ（７）に対応する第２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２スイッチング素子ＴｒＳと、信号線ＳＧＬ（８）に対応する第２スイッチング素子ＴｒＳと、に接続される。

検出制御部１１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２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、光学式センサ１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、検出制御部１１は、選択信号ＡＳＷを同時に選択信号線Ｌｓｅｌに供給する。これにより、信号線選択回路１６は、第２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、各グループ領域ＰＡＧで検出された信号が検出回路４８に出力される。この場合、グループ領域ＰＡＧ単位で複数の部分検出領域ＰＡＡ（光センサ３０）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、グループ領域ＰＡＧごとに検出を行うことで、１回の検出で得られる第１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。また、検出に要する時間を短縮することができる。このため、光学式センサ１は、検出を短時間で繰り返し実行することができるので、Ｓ／Ｎ比を向上させることができ、又、脈波等の生体に関する情報の時間的な変化を精度よく検出することができる。

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３スイッチング素子ＴｒＲを有する。第３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３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３スイッチング素子ＴｒＲのゲートに接続される。

検出制御部１１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３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２８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に含まれる付加容量Ｃａｄ（図４参照）に基準信号ＣＯＭが供給される。

図４に示すように、部分検出領域ＰＡＡは、光センサ３０と、付加容量Ｃａｄと、第１スイッチング素子Ｔｒとを含む。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。第１スイッチング素子Ｔｒは、光センサ３０に対応して設けられる。第１スイッチング素子Ｔｒは、薄膜トランジスタＴＦＴ（図５参照）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に属する第１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に属する第１スイッチング素子Ｔｒのソースは、信号線ＳＧＬに接続される。第１スイッチング素子Ｔｒのドレインは、光センサ３０のカソード及び付加容量Ｃａｄに接続される。

光センサ３０のアノードには、電源回路２８からセンサ電源信号ＶＤＤＳＮＳが供給される。また、信号線ＳＧＬ及び付加容量Ｃａｄには、電源回路２８から、信号線ＳＧＬ及び付加容量Ｃａｄの初期電位となる基準信号ＣＯＭが供給される。

部分検出領域ＰＡＡに光が照射されると、光センサ３０には光量に応じた電流が流れ、これにより付加容量Ｃａｄに電荷が蓄積される。第１スイッチング素子Ｔｒがオンになると、付加容量Ｃａｄに蓄積された電荷に応じて、信号線ＳＧＬに電流が流れる。信号線ＳＧＬは、信号線選択回路１６の第２スイッチング素子ＴｒＳを介して検出回路４８に接続される。これにより、光学式センサ１は、部分検出領域ＰＡＡごとに、又はグループ領域ＰＡＧごとに光センサ３０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の検出信号増幅部４２は、信号線ＳＧＬから供給された電流の変動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が入力される。反転入力端子（－）には、出力スイッチＳＳＷがＯＮ状態のときに、信号線ＳＧＬが接続される。基準電位Ｖｒｅｆ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。１行分の信号読み出しが完了すると、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。

続いて、光学式センサ１の断面構成について説明する。図５は、第１実施形態における図１のＶ－Ｖ線切断面を示す部分断面図である。なお、図５では、マイクロレンズアレイ６００（後述）を省略している。また、図５では、検出領域ＤＡの一部及び額縁領域ＰＡの一部が断面視において示されている。前述の通り、検出領域ＤＡは複数の画素ＰＸを有し、額縁領域ＰＡは折曲領域ＢＡ及び端子領域ＴＡを有する。各画素ＰＸは、対応する一の下部電極２１０と、対応する一の薄膜トランジスタＴＦＴとを有する。また、回路層ＣＬはバリア無機膜１１０乃至無機絶縁膜１８０を有し、有機光電変換層ＯＰＬは下部電極２１０乃至上部電極２３０を有する。

なお、図５では、第２方向Ｄｙにおける切断面が示されているが、検出領域ＤＡについては、第１方向Ｄｙにおいて切断した場合も図４と同様の断面構造が観察される。また、図５では、断面構造を見易くするため、一部の層のハッチングを省略している。

ここからは、樹脂基板１００乃至封止膜２６０の積層構造を下層から順を追って説明する。まず、樹脂基板１００の上に設けられる回路層ＣＬについて説明する。

樹脂基板１００上に、バリア無機膜１１０が積層されている。樹脂基板１００は、ポリイミドにより形成される。ただし、シート型光学式センサとして十分な可撓性を有する基材であれば、樹脂基板１００は、他の樹脂材料を用いて形成されてもよい。一方、バリア無機膜１１０は、第１無機膜１１１（例えばシリコン酸化膜）、第２無機膜１１２（例えばシリコン窒化膜）及び第３無機膜１１３（シリコン酸化膜）の三層積層構造である。第１無機膜１１１は基材との密着性向上のため、第２無機膜１１２は外部からの水分及び不純物のブロック膜として、第３無機膜１１３は第２無機膜１１２中に含有する水素原子が半導体層１３１側に拡散しないようにするブロック膜として、それぞれ設けられるが、特にこの構造に限定するものではない。さらに積層があってもよいし、単層あるいは二層積層としてもよい。

後述する薄膜トランジスタＴＦＴを形成する箇所に合わせて付加膜１２０を形成してもよい。付加膜１２０は、薄膜トランジスタＴＦＴのチャネル裏面からの光の侵入等による薄膜トランジスタＴＦＴの特性の変化を抑制したり、導電材料で形成して所定の電位を与えることで、薄膜トランジスタＴＦＴにバックゲート効果を与えたりすることができる。ここでは、第１無機膜１１１を形成した後、薄膜トランジスタＴＦＴが形成される箇所に合わせて付加膜１２０を島状に形成し、その後第２無機膜１１２及び第３無機膜１１３を積層することで、バリア無機膜１１０に付加膜１２０を封入するように形成しているが、この限りではなく、樹脂基板１００上にまず付加膜１２０を形成し、その後にバリア無機膜１１０を形成してもよい。

バリア無機膜１１０上には、薄膜トランジスタＴＦＴが画素ＰＸ毎に形成されている。薄膜トランジスタＴＦＴは、半導体層１３１と、ゲート電極１３２と、ソース電極１３３と、ドレイン電極１３４と、を有する。ポリシリコン薄膜トランジスタを例に挙げて、ここではＮｃｈトランジスタのみを示しているが、Ｐｃｈトランジスタを同時に形成してもよい。薄膜トランジスタＴＦＴの半導体層１３１は、チャネル領域とソース・ドレイン領域との間に低濃度不純物領域又は真性半導体領域を設けた構造をとる。なお、ゲート電極１３２は、各画素ＰＸにおいて、ゲート線ＧＣＬが半導体層１３１と電気的に接続する部分である。同様に、ソース電極１３３は、各画素ＰＸにおいて、信号線ＳＧＬが半導体層１３１と電気的に接続する部分である。

半導体層１３１とゲート電極１３２との間には、ゲート絶縁膜１４０が設けられている。ここでは、ゲート絶縁膜１４０としてはシリコン酸化膜を用いる。ゲート電極１３２は、ＭｏＷから形成された第１配線層Ｗ１の一部である。第１配線層Ｗ１は、ゲート電極１３２に加え、第１保持容量線ＣｓＬ１を有する。第１保持容量線ＣｓＬ１と半導体層１３１（ソース・ドレイン領域）との間で、ゲート絶縁膜１４０を介して、保持容量Ｃｓの一部が形成される。

ゲート電極１３２の上に、層間絶縁膜１５０が形成されている。層間絶縁膜１５０は、シリコン窒化膜及びシリコン酸化膜が積層した構造をとる。折曲領域ＢＡに相当する箇所では、バリア無機膜１１０乃至層間絶縁膜１５０はパターニングにより除去されている。折曲領域ＢＡに相当する箇所では、樹脂基板１００を構成するポリイミドが露出している。なお、バリア無機膜１１０をパターニングにより除去する際、ポリイミド表面が一部浸食されて膜減りを生ずる場合が有る。

層間絶縁膜１５０の端部における段差部分及びバリア無機膜１１０の端部における段差部分のそれぞれの下層には、配線パターンが形成されている。引き回し配線ＲＷは、段差部分を横切る際に配線パターンの上を通る。層間絶縁膜１５０とバリア無機膜１１０との間には、例えばゲート電極１３２があり、バリア無機膜１１０と樹脂基板１００との間には、例えば付加膜１２０があるので、それらの層を利用して配線パターンを形成する。

層間絶縁膜１５０の上に、ソース電極１３３、ドレイン電極１３４及び引き回し配線ＲＷとなる部分を含む第２配線層Ｗ２が形成されている。ここでは、Ｔｉ、Ａｌ及びＴｉの三層積層構造を採用する。層間絶縁膜１５０を介して、第１保持容量線ＣｓＬ１（第１配線層Ｗ１の一部）と第２保持容量線ＣｓＬ２（第２配線層Ｗ２の一部）とで、保持容量Ｃｓの他の一部が形成される。引き回し配線ＲＷは、折曲領域ＢＡを経由して端子領域ＴＡまで延在しており、フレキシブルプリント基板３００等を接続する端子部Ｔを形成している。

なお、引き回し配線ＲＷは、折曲領域ＢＡを横切って端子部Ｔに到達するように形成されるため、層間絶縁膜１５０及びバリア無機膜１１０の段差部分を横切る。前述したとおり、段差部分には例えば付加膜１２０による配線パターンが形成されている。したがって、引き回し配線ＲＷが段差の凹部で段切れを生じたとしても、該配線パターンにコンタクトすることで電気的な接続を維持することができる。

ソース電極１３３、ドレイン電極１３４及び層間絶縁膜１５０を覆うように、平坦化膜１６０が設けられている。平坦化膜１６０は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等により形成される無機絶縁材料に比べ、表面の平坦性に優れることから、感光性アクリル等の樹脂が用いられる。平坦化膜１６０は、画素コンタクト部１７０、上部電極コンタクト部１７１、折曲領域ＢＡ及び端子領域ＴＡでは除去されている。

平坦化膜１６０の上に、酸化インジウムスズ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）からなる透明導電膜１９０が画素ＰＸ毎に形成されている。透明導電膜１９０は、相互に分離された第１透明導電膜１９１及び第２透明導電膜１９２を含む。

第１透明導電膜１９１は、画素コンタクト部１７０において、平坦化膜１６０の除去により表面が露出した第２配線層Ｗ２と電気的に接続する。一方、第２透明導電膜１９２は、後述する下部電極２１０の下方（さらに無機絶縁膜１８０の下方）、画素コンタクト部１７０の隣に設けられている。そして、透明導電膜１９０及び平坦化膜１６０の上に、無機絶縁膜１８０（シリコン窒化膜）が、画素コンタクト部１７０の開口を除いて第１透明導電膜１９１を被覆するように設けられる。

第２透明導電膜１９２、無機絶縁膜１８０及び下部電極２１０は平面視で重なっており、これらによって付加容量Ｃａｄが形成される。

なお、透明導電膜１９０を端子部Ｔの表面にも形成し、第３透明導電膜１９３としてもよい。端子部Ｔの表面に形成される第３透明導電膜１９３は、第３透明導電膜１９３を形成するより後の工程において配線露出部がダメージを負わないように保護することを目的の一として設けられ得る。

無機絶縁膜１８０の上には、画素コンタクト部１７０における無機絶縁膜１８０の開口を介してドレイン電極１３４に導通するように、下部電極２１０が画素ＰＸ毎に設けられる。下部電極２１０は、反射電極として形成され、酸化インジウム亜鉛膜、Ａｇ膜、酸化インジウム亜鉛膜の三層積層構造になっている。ここで、酸化インジウム亜鉛膜に代わって酸化インジウムスズ膜を用いてもよい。下部電極２１０は、画素コンタクト部１７０から側方に拡がり、薄膜トランジスタＴＦＴの上方に至る。

下部電極２１０の上には、有機材料層２２０が設けられている。有機材料層２２０は、下から順に、下部キャリア輸送層２２１と、有機受光層２２２と、上部キャリア輸送層２２３と、を含む。表面照射型構造を採用する場合には、下部キャリア輸送層２２１を正孔輸送層、上部キャリア輸送層２２３を電子輸送層とするが、裏面照射型構造を採用する場合には、下部キャリア輸送層２２１を電子輸送層、上部キャリア輸送層２２３を正孔輸送層とする。有機受光層２２２の形成方法としては、蒸着による形成であってもよいし、溶媒分散の上での塗布形成であってもよい。ここでは、検出領域ＤＡを覆う全面にベタ形成されるが、この限りではない。

有機材料層２２０の上には、上部電極２３０が各画素ＰＸに共通に形成されている。表面照射型構造を採用する場合には、上部電極２３０は透明とする必要がある。ここでは、有機材料層２２０と接する面にＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを形成した後、Ａｇ、Ａｌ等の金属材料を用い、入射光が透過する程度の薄膜として上部電極２３０を形成する。上部電極２３０は、検出領域ＤＡに設けられた有機材料層２２０上から、額縁領域ＰＡに設けられた上部電極コンタクト部１７１上にわたって形成される。そして、上部電極コンタクト部１７１において、第２配線層Ｗ２の引き回し配線ＲＷと電気的に接続され、最終的には端子部Ｔに引き出される。

上部電極２３０の上に、封止膜２６０が形成されている。封止膜２６０は、外部より侵入する水分等から有機材料層２２０を保護することを機能の一としており、ガスバリア性の高いものが要求される。ここでは、シリコン窒化膜を含む積層構造として、シリコン窒化膜、有機樹脂、シリコン窒化膜の積層構造とする。シリコン窒化膜と有機樹脂との間には、密着性向上を目的の一として、シリコン酸化膜やアモルファスシリコン層を設けてもよい。ただし、受光面側に設けられる膜となるため、検出対象となる波長の光に対して吸収等の作用を及ぼさない材料が好ましい。

続いて、図６乃至図７(c)を参照しながら第１実施形態に係るマイクロレンズアレイ６００について説明する。図６は、マイクロレンズアレイ６００の俯瞰図である。図７(a)は、透過する光の波長を説明するための光学式センサ１の平面図である。図７(b)は、図７のVII―VII断面を示す模式図である。図７(c)は、透過率について説明するための図である。図中「Ｒｅｄ」は、マイクロレンズアレイ６００の第１波長選択部６１２の透過率を示し、「ＮＩＲ」は、マイクロレンズアレイ６００の第２波長選択部６１４の透過率を示し、「無色」は、マイクロレンズアレイ６００の第１透過層６０４及び第２透過層６０８の透過率を示す。

なお、図７(a)では、光学式センサ１の一部（４行５列の領域）のみを記載しており、マイクロレンズアレイ６００を透過する光の波長をハッチで表現している。また、図７(b)では、マイクロレンズ６１０とピンホールと画素ＰＸの位置関係が分かるように、図５で示した各層を省略して記載しており、センサ部６０１については画素ＰＸのみ記載している。

光学式センサ１は、マイクロレンズアレイ６００とセンサ部６０１を含み、センサ部６０１は、図５に示す樹脂基板１００から封止膜２６０までを含む。マイクロレンズアレイ６００は、第１ピンホール層６０２と、第１透過層６０４と、第２ピンホール層６０６と、第２透過層６０８と、複数のマイクロレンズ６１０と、を含む。マイクロレンズアレイ６００とセンサ部６０１は、光学用透明粘着剤（OCA : Optical Clear Adhesive）などの透明接着層（図示なし）により接着される。また、後述する製造方法にて説明するように、第２透過層６０８と複数のマイクロレンズ６１０との間には、透明基板１１００や樹脂層が配置されてもよい。

第１ピンホール層６０２は、複数の画素ＰＸとそれぞれ重なる位置にピンホールが設けられる。具体的には、例えば、第１ピンホール層６０２は、可視光及び赤外線を遮蔽する材料で形成される。第１ピンホール層６０２は、厚さが例えば２μｍであり、各画素ＰＸと平面視で重なる位置にピンホールを有する。第１ピンホール層６０２に設けられるピンホールの径は、例えば、５μｍである。

第１透過層６０４は、第１ピンホール層６０２の上に配置され、光を透過する。具体的には、例えば、第１透過層６０４は、第１ピンホール層６０２の上に、可視光及び赤外線の全波長領域を透過する材料で形成される。第１透過層６０４は、第１ピンホール層６０２のピンホールにも充填され、厚さは例えば、２０μｍである。

第２ピンホール層６０６は、複数の画素ＰＸとそれぞれ重なる位置にピンホールが設けられ、第１透過層６０４の上に配置される。具体的には、例えば、第２ピンホール層６０６は、可視光及び赤外線を遮蔽する材料で形成される。第２ピンホール層６０６は、厚さが例えば２μｍであり、各画素ＰＸと平面視で重なる位置にピンホールを有する。第２ピンホール層６０６に設けられるピンホールの径は、例えば、１０μｍである。

第２透過層６０８は、第２ピンホール層６０６の上に配置され、光を透過する。具体的には、例えば、第２透過層６０８は、第２ピンホール層６０６の上に、可視光及び赤外線の全波長領域を透過する材料で形成される。第２透過層６０８は、第２ピンホール層６０６のピンホールにも充填され、厚さは例えば、３０μｍである。

複数のマイクロレンズ６１０は、第２透過層６０８の上に複数の画素ＰＸとそれぞれ重なる位置に配置される。具体的には、例えば、複数のマイクロレンズ６１０は、扁平な球体状の形状であり、入射した可視光や赤外光を集光する。集光された光は、第２透過層６０８、第２ピンホール層６０６のピンホール、第１透過層６０４、第１ピンホール層６０２のピンホールをこの順で通過し、画素ＰＸに照射される。

また、複数のマイクロレンズ６１０は、第１群に属する複数のマイクロレンズ６１０及び第２群に属する複数のマイクロレンズ６１０と、を含む。第１実施形態では、第１群と第２群とは平面的に並ぶよう設けられる。具体的には、例えば、図６及び図７(a)に示すように、第１群に属する複数のマイクロレンズ６１０は、第２方向Ｄｙに向かって並べて配置される。同様に、第２群に属する複数のマイクロレンズ６１０は、第２方向Ｄｙに向かって並べて配置される。第１群に属する複数のマイクロレンズ６１０,６１２と、第２群に属する複数のマイクロレンズ６１０とは、第１方向Ｄｘに向かって２列ごとに交互に配置される。

本開示では、第１群に属する複数のマイクロレンズ６１０と第２群に属する複数のマイクロレンズ６１０のうち一方は、第１波長帯の光を透過する第１波長選択部６１２である。また、第１群に属する複数のマイクロレンズ６１０と第２群に属する複数のマイクロレンズ６１０のうちの他方と、第１透過層６０４と、第２透過層６０８と、のうちの少なくとも１つは、第２波長帯の光を透過する第２波長選択部６１４である。

第１実施形態では、第１群に属する複数のマイクロレンズ６１０は第１波長選択部６１２であり、第２群に属する複数のマイクロレンズ６１０は第２波長選択部６１４である。具体的には、例えば、第１群に属する複数のマイクロレンズ６１０は、第１波長帯（例えば、660nmを中心とする640nmから680nm）の光のみを透過する第１波長選択部６１２である。第２群に属する複数のマイクロレンズ６１０は、第２波長帯（例えば、850nmを中心とする830nmから870nm）の光のみを透過する第２波長選択部６１４である。図７(c)の図中「Ｒｅｄ」は、第１波長選択部６１２の透過率を示し、「ＮＩＲ」は、第２波長選択部６１４の透過率を示し、「無色」は、第１透過層６０４及び第２透過層６０８の透過率を示す。

上記のように、複数のマイクロレンズ６１０は入射した光を集光し、集光した光は第１ピンホール層６０２の各ピンホール及び第２ピンホール層６０６の各ピンホールを透過する。すなわち、画素ＰＸの部分検出領域ＰＡＡに入射する光のうち、斜め方向から入射する成分は遮断され、垂直方向から入射する成分のみが部分検出領域ＰＡＡに到達する。従って、マイクロレンズアレイ６００は、コリメータとして機能する。

また、第１波長選択部６１２と平面視で重なる領域に存在する部分検出領域ＰＡＡには、第１波長帯（例えば、660nmを中心とする640nmから680nm）の光のみが到達する。第２波長選択部６１４と平面視で重なる領域に存在する部分検出領域ＰＡＡには、第２波長帯（例えば、850nmを中心とする830nmから870nm）の光のみが到達する。これにより、第１実施形態に係る光学式センサ１は、複数波長による複数種類の情報を取得することができる。

以上のように、第１波長選択部６１２及び第２波長選択部６１４を有する光学式センサ１によって、短時間で複数波長による複数種類の情報を取得することができる。なお、従来技術においても、複数の波長帯の光を、間隔を空けて順に測定対象に照射し、該測定対象からの反射光や透過光をそれぞれセンシングすることにより、測定対象に関する複数種類の情報を取得することが可能であった。しかしながら、本開示によれば、短時間で複数波長により複数種類の情報を取得することができる。

図８(a)は、従来技術（時分割）におけるセンサ出力の時間変化を表す図であり、図８(b)は、本開示におけるセンサ出力の時間変化を表す図である。図８(a)及び図８(b)の縦軸はセンサ出力Ｖｏであり、横軸は時間である。ここで、座標抽出部４６が、センサ出力Ｖｏとして第１検出信号Ｖｄｅｔを出力するものとする。

図８(a)に示すように、従来技術によれば、850nmの光を発するＬＥＤと、660nmの光を発するＬＥＤとが交互に点灯される。センサ出力Ｖｏは、ＬＥＤがＯＮ状態になるとともに増加し始め、ＬＥＤの光量に応じた一定の電圧まで増加し、その後安定する。その後、全ての部分検出領域ＰＡＡから出力されるセンサ出力Ｖｏが１回（または所定の複数回）ずつ取得される。そして、電源回路２８が複数の部分検出領域ＰＡＡに含まれる付加容量Ｃａｄ（図４参照）に基準信号ＣＯＭが供給されるタイミングで、ＬＥＤをＯＦＦ状態とする。

ＬＥＤがＯＦＦ状態になるとセンサ出力Ｖｏは、徐々に低下し、一定時間経過後、初期の出力電圧値（例えば０Ｖ）となる。複数種類の情報を取得するためには、850nmの光と660nmの光によるセンサ出力Ｖｏが混在することを避ける必要がある。従って、660nmの光を発するＬＥＤをＯＮ状態とするには850nmの光の発するＬＥＤをＯＦＦ状態とした後一定時間が必要である。同様に、850nmの光を発するＬＥＤをＯＮ状態とするには660nmの光の発するＬＥＤをＯＦＦ状態とした後一定時間が必要である。従って、従来技術によれば、ＬＥＤの切り替えに時間を要する。

一方、本開示によれば、図８(b)に示すように、660nmの光を発するＬＥＤと850nmの光を発するＬＥＤを同時に常時ＯＮ状態としても、第１波長選択部６１２と対応する画素ＰＸのセンサ出力Ｖｏと、第２波長選択部６１４と対応する画素ＰＸのセンサ出力Ｖｏと、に基づいて、複数種類の情報を取得することができる。従って、時間当たりの検出精度を向上することができる。

さらに、660nmの光と850nmの光をともに発するＬＥＤ（例えば白色ＬＥＤ）を用いることにより、個別の波長の光を発するＬＥＤを設ける必要がなくなる。

なお、上記では、第１波長帯が第２波長帯よりも短く、第１波長帯が赤の光であり、第２波長帯が赤外光である場合を例として説明したが、第１波長帯と第２波長帯の帯域は、光学式センサ１の用途に応じて適宜設定可能である。

また、上記においては、１個のマイクロレンズ６１０、第１ピンホール層６０２の１個のピンホール及び第２ピンホール層６０６の１個のピンホールの組み合わせ（以下１組のマイクロレンズ６１０等と呼称する）が、１個の画素ＰＸと対応する場合について説明したが、これに限られない。例えば、１組のマイクロレンズ６１０等が、２行２列の４個の画素ＰＸと対応していてもよい。また、２行２列の４組のマイクロレンズ６１０等が、１個の画素ＰＸと対応していてもよい。

[変形例１]
図９(a)は、第１実施形態の変形例１に係る光学式センサ１の断面図であって、上記実施形態１の図７(b)に相当する図である。上記実施形態１と同様の構成については、説明を省略する。

変形例１では、第１群に属する複数のマイクロレンズ６１０と対応する位置に設けられた第１ピンホール層６０２のピンホールは、第２群に属する複数のマイクロレンズ６１０と対応する位置に設けられた第１ピンホール層６０２のピンホールよりも、径が小さい。これにより、第１群に属する複数のマイクロレンズ６１０と対応する位置に設けられた画素ＰＸには、第２群に属する複数のマイクロレンズ６１０と対応する位置に設けられた画素ＰＸよりも、光学式センサ１の表面に対して高い入射角度で入射した光が到達する。すなわち、第１群に属する１組のマイクロレンズ６１０等は、第２群に属する１組のマイクロレンズ６１０等よりもコリメート性能が高い一方、透過率は低い。

一般的に、指紋認証と静脈認証は、それぞれ被写体の形態が異なるため、要求される解像度が異なる。例えば指紋認証に必要とされる解像度は500dpiである。静脈認証に必要とされる解像度は、静脈が指紋よりも太いため、これよりも低い解像力で良い。また、１組のマイクロレンズ６１０等は、コリメート性能が低いほど透過率が高くなる。従って、指紋を撮影するためのコリメータはコリメート性能が高く、光量の減衰が大きい静脈を撮影するためのコリメータはコリメート性能が低くなるように設計することが好ましい。

変形例１によれば、第１群に属する１組のマイクロレンズ６１０等は、第２群に属する１組のマイクロレンズ６１０等よりもコリメート性能が高くすることができる。従って、第１波長帯を第２波長帯よりも短く設定し、第１群に属する１組のマイクロレンズ６１０等を指紋認証に用い、第１群に属する１組のマイクロレンズ６１０等を静脈認証に用いる変形例１は、指紋認証と静脈認証を同時に行う場合に最適である。

[変形例２]
図９(b)は、第１実施形態の変形例２に係る光学式センサ１の断面図であって、上記実施形態１の図７(b)に相当する図である。上記実施形態１と同様の構成については、説明を省略する。

変形例１では、第１群に属する複数のマイクロレンズ６１０は、第２群に属する複数のマイクロレンズ６１０よりも径が大きく高さが同一である。変形例２の構成によれば、第１群に属する複数のマイクロレンズ６１０と対応する位置に設けられた画素ＰＸには、第２群に属する複数のマイクロレンズ６１０と対応する位置に設けられた画素ＰＸよりも、光学式センサ１の表面に対して高い入射角度で入射した光が到達する。従って、変形例１と同様に、第１波長帯を第２波長帯よりも短く設定し、第１群に属する１組のマイクロレンズ６１０等を指紋認証に用い、第１群に属する１組のマイクロレンズ６１０等を静脈認証に用いる変形例２は、指紋認証と静脈認証を同時に行う場合に最適である。

[変形例３]
図９(c)は、第１実施形態の変形例２に係る光学式センサ１の断面図であって、上記実施形態１の図７(b)に相当する図である。上記実施形態１と同様の構成については、説明を省略する。

変形例３では、第１群に属する複数のマイクロレンズ６１０は、第２群に属する複数のマイクロレンズ６１０よりも高さが低く、径が同一である。変形例３の構成によれば、第１群に属する複数のマイクロレンズ６１０と対応する位置に設けられた画素ＰＸには、第２群に属する複数のマイクロレンズ６１０と対応する位置に設けられた画素ＰＸよりも、光学式センサ１の表面に対して高い入射角度で入射した光が到達する。従って、変形例１と同様に、第１波長帯を第２波長帯よりも短く設定し、第１群に属する１組のマイクロレンズ６１０等を指紋認証に用い、第１群に属する１組のマイクロレンズ６１０等を静脈認証に用いる変形例３は、指紋認証と静脈認証を同時に行う場合に最適である。なお、変形例１乃至変形例３の構成は、組み合わせて適用されてもよい。

[変形例４]
図１０(a)は、第１実施形態の変形例４に係る光学式センサ１の平面図であって、上記実施形態１の図７(a)に相当する図である。上記実施形態１と同様の構成については、説明を省略する。

変形例４では、第１群に属するマイクロレンズ６１０のそれぞれの四方に第２群に属するマイクロレンズ６１０が配置される。具体的には、第１群に属する複数のマイクロレンズ６１０は、奇数行奇数列に配置される。第２群に属する複数のマイクロレンズ６１０は、偶数行偶数列に配置される。変形例４においても、光学式センサ１は、複数波長による複数種類の情報を取得することができる。第１群に属するマイクロレンズ６１０と第２群に属するマイクロレンズ６１０の配置レイアウトは、変形例４のレイアウトに限られず適宜変更可能である。

[変形例５]
図１０(b)は、第１実施形態の変形例５に係る光学式センサ１の平面図であって、上記実施形態１の図７(a)に相当する図である。上記実施形態１と同様の構成については、説明を省略する。

変形例５では、マイクロレンズ６１０は、さらに、第２透過層６０８の上の複数の画素ＰＸとそれぞれ重なる位置に配置された第３群に属する複数のマイクロレンズ６１０を含む。具体的には、マイクロレンズ６１０は、第１群に属する複数のマイクロレンズ６１０と、第２群に属する複数のマイクロレンズ６１０と、第３群に属する複数のマイクロレンズ６１０と、を含む。上記と同様、第１群に属する複数のマイクロレンズ６１０は第１波長選択部６１２であり、第２群に属する複数のマイクロレンズ６１０は第２波長選択部６１４である。第３群に属する複数のマイクロレンズ６１０は、第３波長帯の光を透過する第３波長選択部１０００である。第３波長選択部１０００は、例えば、第３波長帯（例えば、555nmを中心とする535nmから575nm）の光のみを透過する樹脂である。

第１群に属する複数のマイクロレンズ６１０は、第２方向Ｄｙに向かって並べて配置される。第２群に属する複数のマイクロレンズ６１０は、第２方向Ｄｙに向かって並べて配置される。第３群に属する複数のマイクロレンズ６１０は、第２方向Ｄｙに向かって並べて配置される。第１群に属する複数のマイクロレンズ６１０と、第２群に属する複数のマイクロレンズ６１０と、第３群に属する複数のマイクロレンズ６１０と、はこの順で、第１方向Ｄｘに向かって３列ごとに交互に配置される。なお、図１０(b)に示した配置レイアウトは一例であり、適宜変更可能である。

変形例５によれば、３種の波長によって３種類の情報を取得することができる。従って、上記実施形態と比較して、同じ測定時間でより多くの情報を取得することができる。

続いて、第１実施形態にかかるマイクロレンズアレイ６００の製造方法について説明する。図１１は、フォトリソグラフィ法によるマイクロレンズアレイ６００の製造方法を説明するための図である。

まず透明基板１１００の全面に、マイクロレンズ６１０の材料が塗布される。ここでは、第１波長選択部６１２であるマイクロレンズ６１０の材料が透明基板１１００の全面に塗布されるものとする。また、フォトリソグラフィ法によってマイクロレンズアレイ６００が製造される場合、マイクロレンズ６１０の材料は感光性樹脂１１０２である。続いて、透明基板１１００全体を加熱（プリベーク）する。これにより、マイクロレンズ６１０の材料に含まれる溶媒が蒸発する。

次に、第１波長選択部６１２であるマイクロレンズ６１０の配置レイアウトと対応するパターンが形成されたフォトマスクが、透明基板１１００に配置される。さらに、透明基板１１００に対して紫外線を照射する。これにより、フォトマスクのパターン１１０８が形成されていない領域に存在するマイクロレンズ６１０の材料が露光される。

次に、現像を行う。具体的には、透明基板１１００全体を現像液に浸すことで、露光されたマイクロレンズ６１０の材料を溶解する。これにより、露光されていない領域に存在するマイクロレンズ６１０の材料が透明基板１１００上に残される。透明基板１１００上に残されたマイクロレンズ６１０の材料は、断面視で略矩形状である。

次に、熱処理を行う。具体的には、透明基板１１００上に残されたマイクロレンズ６１０の材料が液体状に変化する温度で、透明基板１１００を加熱する。マイクロレンズ６１０の材料は、表面張力により、扁平な球状の形態に変形する。その後、冷却することにより、図６に示す形状の第１波長選択部６１２であるマイクロレンズ６１０が形成される。

なお、図示しないが、同様の工程を繰り返すことにより、第２波長選択部６１４であるマイクロレンズ６１０が透明基板１１００上に形成される。最後に、マイクロレンズ６１０が形成された透明な透明基板１１００を、別途製造した第１ピンホール層６０２から第２透過層６０８までの積層に対して貼り合わせることにより、マイクロレンズアレイ６００が完成する。

図１２は、インクジェットによるマイクロレンズアレイ６００の製造方法を説明するための図である。

まず、モールド１２００を準備する。モールド１２００は、マイクロレンズ６１０の配置レイアウトと対応する形状であって、各マイクロレンズ６１０と対応する位置にくぼみを有する。

次に、モールド１２００の各くぼみに対して、マイクロレンズ６１０の材料をインクジェット法により塗布する。例えば、第１群に属する複数のマイクロレンズ６１０の材料と、第２群に属する複数のマイクロレンズ６１０の材料とが、図面上右側に向かって２列ごとに交互に塗布される。

次に、樹脂で形成された透明な基部１２０２をモールド１２００全体に塗布する。ここでは、例えばスリットコート法により、樹脂で形成された基部１２０２がモールド１２００全体に塗布される。

次に、基部１２０２をモールド１２００から分離する。分離の際、複数のマイクロレンズ６１０は、基部１２０２に付着し、モールド１２００から分離する。最後に、マイクロレンズ６１０が付着した透明な基部１２０２を、別途製造した第１ピンホール層６０２から第２透過層６０８までの積層に対して貼り合わせることにより、マイクロレンズアレイ６００が完成する。

上記においては、フォトリソグラフィ法及びインクジェット法によるマイクロレンズアレイ６００の製造方法について説明したが、本開示では、他の製造方法によってマイクロレンズアレイ６００が製造されてもよい。

[第２実施形態]
続いて、第２実施形態について説明する。図１３(a)は、第２実施形態に係る光学式センサ１の俯瞰図である。図１３(b)は、透過率について説明するための図である。図中「Ｒｅｄ」は、マイクロレンズアレイ６００の第１波長選択部６１２の透過率を示し、「ＮＩＲ」は、マイクロレンズアレイ６００の第２波長選択部６１４の透過率を示し、「ハイパスフィルタ」は、マイクロレンズアレイ６００の第１透過層６０４及び第２透過層６０８の透過率を示す。上記実施形態１と同様の構成については、説明を省略する。

第１実施形態と同様、第１群に属する複数のマイクロレンズ６１０は第１波長選択部６１２であり、第２群に属する複数のマイクロレンズ６１０は第２波長選択部６１４である。図１３(a)では、第１群に属する複数のマイクロレンズ６１０と、第２群に属する複数のマイクロレンズ６１０と、第１方向Ｄｘに向かって１列ごとに交互に配置されているが、配置レイアウトは適宜変更可能である。

第２実施形態では、第１透過層６０４及び第２透過層６０８の少なくとも一方は、第１波長帯の光と第２波長帯の光の双方を透過し、第１波長帯及び第２波長帯以外の波長帯の所定の波長帯の光を遮蔽するフィルタである。具体的には、例えば、第２実施形態における第１透過層６０４及び第２透過層６０８は、図１３(b)に示すようにハイパスフィルタ１３００であって、例えば、640nmより波長の短い光を遮蔽し、640nmより長い波長の光を透過する。すなわち、ハイパスフィルタ１３００は、第１波長選択部６１２及び第２波長選択部６１４の双方を透過する光を透過する一方で、第１波長選択部６１２及び第２波長選択部６１４で遮蔽されるべき波長の光であるが、何らかの原因で透過してしまった光を遮蔽する。

従って、第２実施形態では第１実施形態と同様に、第１波長選択部６１２と平面視で重なる領域に存在する部分検出領域ＰＡＡには、第１波長帯（例えば、660nmを中心とする640nmから680nm）の光のみが到達する。また、第２波長選択部６１４と平面視で重なる領域に存在する部分検出領域ＰＡＡには、第２波長帯（例えば、850nmを中心とする830nmから870nm）の光のみが到達する。

第２実施形態によれば、第１実施形態における可視光及び赤外線の全波長領域を透過する透過部に代えて、ハイパスフィルタ１３００が設けられる。第１波長選択部６１２及び第２波長選択部６１４を透過しない波長の光を、ハイパスフィルタ１３００によって遮蔽することで、光学濃度を向上させることができる。

なお、第１透過層６０４及び第２透過層６０８は、第１波長選択部６１２及び第２波長選択部６１４が透過する光の波長を透過すればよいため、ハイパスフィルタ１３００に限られず、バンドパスフィルタやローパスフィルタであってもよい。

[第３実施形態]
続いて、第３実施形態について説明する。図１４(a)は、第３実施形態に係る光学式センサ１の俯瞰図である。図１４(b)は、透過率について説明するための図である。図中「Magenta」は、第１群に属するマイクロレンズ６１０の透過率を示し、「無色」は、第２群に属するマイクロレンズ６１０の透過率を示し、「Yellow」は、第１透過層６０４及び第２透過層６０８の透過率を示す。上記実施形態１と同様の構成については、説明を省略する。

第３実施形態では、第１群または第２群のいずれか一方に属する複数のマイクロレンズ６１０は第１波長選択部６１２である。具体的には、例えば第１群に属する複数のマイクロレンズ６１０は第１波長選択部６１２である。第１群に属する複数のマイクロレンズ６１０は、第１波長帯（例えば、500nm以下及び700nm以上）の光のみ透過する。一方、第２群に属する複数のマイクロレンズ６１０は可視光及び赤外線の全波長領域を透過する。

また、第１透過層６０４及び第２透過層６０８の少なくとも一方は、第２波長選択部６１４である。具体的には、第１透過層６０４及び第２透過層６０８は、第２波長帯（例えば、500nm以上）の光のみ透過する第２波長選択部６１４である。

第３実施形態によれば、第１群に属するマイクロレンズアレイ６００と対応する画素ＰＸには、赤色の光が入射する。また、第２群に属するマイクロレンズアレイ６００と対応する画素ＰＸには、黄色の光が入射する。第３実施形態のように、第１群または第２群のいずれか一方に属する複数のマイクロレンズ６１０を透明にしても、第１透過層６０４及び第２透過層６０８の少なくとも一方を第２波長選択部６１４とすることにより、光学式センサ１は、複数波長による複数種類の情報を取得することができる。

本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。例えば、上述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。

１ 光学式センサ、１０ 受光部、１１ 検出制御部、１５ ゲート線駆動回路、１６ 信号線選択回路、１７ リセット回路、２６ 制御回路、２８ 電源回路、３０ 光センサ、４０ 検出部、４２ 検出信号増幅部、４３ Ａ／Ｄ変換部、４４ 信号処理部、４５ 記憶部、４６ 座標抽出部、４７ 検出タイミング制御部、４８ 検出回路、１００ 樹脂基板、１１０ バリア無機膜、１１１ 第１無機膜、１１２ 第２無機膜、１１３ 第３無機膜、１２０ 付加膜、１３１ 半導体層、１３２ ゲート電極、１３３ ソース電極、１３４ ドレイン電極、１４０ ゲート絶縁膜、１５０ 層間絶縁膜、１６０ 平坦化膜、１７０ 画素コンタクト部、１７１ 上部電極コンタクト部、１８０ 無機絶縁膜、１９０ 透明導電膜、１９１ 第１透明導電膜、１９２ 第２透明導電膜、１９３ 第３透明導電膜、２１０ 下部電極、２２０ 有機材料層、２２１ 下部キャリア輸送層、２２２ 有機受光層、２２３ 上部キャリア輸送層、２３０ 上部電極、２６０ 封止膜、３００ フレキシブルプリント基板、４００ 制御基板、６００ マイクロレンズアレイ、６０１ センサ部、６０２ 第１ピンホール層、６０４ 第１透過層、６０６ 第２ピンホール層、６０８ 第２透過層、６１０ マイクロレンズ、６１２ 第１波長選択部、６１４ 第２波長選択部、１０００ 第３波長選択部、１１００ 透明基板、１１０２ 感光性樹脂、１１０４ プリベーク後の感光性樹脂、１１０６ 露光された感光性樹脂、１１０８ フォトマスクのパターン、１２００ モールド、１２０２ 基部、１３００ ハイパスフィルタ、ＡＳＷ 選択信号、ＢＡ 折曲領域、Ｃａｄ 付加容量、Ｃｂ 容量素子、ＣＫ クロック信号、ＣＬ 回路層、ＣＯＭ 基準信号、Ｃｓ 保持容量、ＣｓＬ１ 第１保持容量線、ＣｓＬ２ 第２保持容量線、ＤＡ 検出領域、ＧＣＬ ゲート線、Ｌｏｕｔ 出力信号線、Ｌｒｓｔ リセット信号線、Ｌｓｅｌ 選択信号線、Ｌｖｒ 基準信号線、ＯＰＬ 有機光電変換層、ＰＡ 額縁領域、ＰＡＡ 部分検出領域、ＰＡＧ グループ領域、ＰＸ 画素、ＲＳＴ リセット信号、ＲＳＴ１ リセット信号、ＲＳＴ２ リセット信号、ＲＳＷ リセットスイッチ、ＲＷ 引き回し配線、ＳＧＬ 信号線、ＳＳＷ 出力スイッチ、ＳＴＶ スタート信号、Ｔ 端子部、ＴＡ 端子領域、ＴＦＴ 薄膜トランジスタ、Ｔｒ 第１スイッチング素子、ＴｒＳ 第２スイッチング素子、ＴｒＲ 第３スイッチング素子、ＶＤＤＳＮＳ センサ電源信号、Ｖｄｅｔ 第１検出信号、Ｖｇｃｌ ゲート駆動信号、Ｖｏ センサ出力、Ｖｒｅｆ 基準電位、Ｗ１ 第１配線層、Ｗ２ 第２配線層。

Claims (9)

1. 平面にマトリクス状に配列された複数の画素を備え、測定対象からの光を受光する受光部と、
   前記複数の画素とそれぞれ重なる位置にピンホールが設けられた第１ピンホール層と、
   前記第１ピンホール層の上に配置され、光を透過する第１透過層と、
   前記複数の画素とそれぞれ重なる位置にピンホールが設けられ、前記第１透過層の上に配置された第２ピンホール層と、
   前記第２ピンホール層の上に配置され、光を透過する第２透過層と、
   前記第２透過層の上の前記複数の画素とそれぞれ重なる位置に配置された第１群に属する複数のマイクロレンズ及び第２群に属する複数のマイクロレンズと、を含み、
   前記第１群に属する複数のマイクロレンズと前記第２群に属する複数のマイクロレンズのうち一方は、第１波長帯の光を透過する第１波長選択部であって、
   前記第１群に属する複数のマイクロレンズと前記第２群に属する複数のマイクロレンズのうちの他方と、前記第１透過層と、前記第２透過層と、のうちの少なくとも１つは、第２波長帯の光を透過する第２波長選択部である、
   ことを特徴とする光学式センサ。
2. 前記第１群に属する複数のマイクロレンズは前記第１波長選択部であり、
   前記第２群に属する複数のマイクロレンズは前記第２波長選択部であり、
   前記第１群と前記第２群とは平面的に並ぶよう設けられる、ことを特徴とする請求項１に記載の光学式センサ。
3. 前記第１群に属する複数のマイクロレンズは前記第１波長選択部であり、
   前記第２群に属する複数のマイクロレンズは前記第２波長選択部であり、
   前記第１群に属する前記マイクロレンズのそれぞれの四方に前記第２群に属する前記マイクロレンズが配置される、ことを特徴とする請求項１に記載の光学式センサ。
4. 前記第１群に属する複数のマイクロレンズは前記第１波長選択部であり、
   前記第２群に属する複数のマイクロレンズは前記第２波長選択部であり、
   前記第１透過層及び前記第２透過層の少なくとも一方は、前記第１波長帯の光と前記第２波長帯の光の双方を透過し、前記第１波長帯及び前記第２波長帯以外の波長帯の所定の波長帯の光を遮蔽するフィルタである、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光学式センサ。
5. 前記第１波長帯は、前記第２波長帯よりも短く、
   前記第１群に属する複数のマイクロレンズと対応する位置に設けられた前記第１ピンホール層のピンホールは、前記第２群に属する複数のマイクロレンズと対応する位置に設けられた前記第１ピンホール層のピンホールよりも、径が小さい、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光学式センサ。
6. 前記第１波長帯は、前記第２波長帯よりも短く、
   前記第１群に属する複数のマイクロレンズは、前記第２群に属する複数のマイクロレンズよりも径が大きい、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光学式センサ。
7. 前記第１波長帯は、前記第２波長帯よりも短く、
   前記第１群に属する複数のマイクロレンズは、前記第２群に属する複数のマイクロレンズよりも高さが低い、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光学式センサ。
8. さらに、前記第２透過層の上の前記複数の画素とそれぞれ重なる位置に配置された第３群に属する複数のマイクロレンズを含み、
   前記第３群に属する複数のマイクロレンズは、第３波長帯の光を透過する第３波長選択部である、
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の光学式センサ。
9. 前記第１群または前記第２群のいずれか一方に属する複数のマイクロレンズは前記第１波長選択部であり、
   前記第１透過層及び前記第２透過層の少なくとも一方は、前記第２波長選択部である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学式センサ。
   
   

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