JP2024076578A - 検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検出装置において、フレームレートを高め、血中酸素飽和度を効率よく取得できる。
【解決手段】検出装置は、光を検出する第１光センサと、前記第１光センサに隣接して設けられて、光を検出する第２光センサと、所定の波長の光を出射する第１光源と、前記第１光源が出射する光の波長とは異なる波長の光を出射する第２光源と、前記第１光源と前記第２光源とを同時に発光させる制御部と、前記第１光センサによる検出値と前記第２光センサによる検出値とに基づいて、血中酸素飽和度を取得する処理を行う信号処理部と、を含み、前記第１光センサおよび前記第２光センサは、生体内部で反射または生体を透過する光を検出する。
【選択図】図３

Description

本発明は、検出装置に関する。

皮膚から体の内部に光を入射し、動脈を透過又は反射する光を検出して取得される経皮データに基づき、血液中の酸素飽和度（以下、血中酸素飽和度ＳｐＯ２と称する）を取得する検出装置が知られている。血中酸素飽和度ＳｐＯ２とは、血液中のヘモグロビンの全てに酸素が結合したと仮定した場合の総酸素量に対し、実際にヘモグロビンに結合している酸素量の比である。血中酸素飽和度ＳｐＯ２を取得する場合、例えば、赤外光により取得された脈波と、赤色光により取得された脈波とを用いる（例えば、特許文献１）。

特開２０１９－１８０８６１号公報

上記のように、血中酸素飽和度ＳｐＯ_２を取得するためには、異なる２波長光による脈波を取得する必要がある。異なる２波長光による脈波を取得する場合、例えば、時分割的に異なるタイミングでデータを取得することが考えられる。すなわち、第１の波長光による脈波のデータを取得した後、第２の波長光による脈波のデータを取得する時分割的処理が考えられる。しかしながら、血中酸素飽和度を効率よく取得することを考えると、上記の時分割的処理には限界がある。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、血中酸素飽和度を効率よく取得できる検出装置を提供することである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示のある態様による検出装置は、光を検出する第１光センサと、前記第１光センサに隣接して設けられて、光を検出する第２光センサと、所定の波長の光を出射する第１光源と、前記第１光源が出射する光の波長とは異なる波長の光を出射する第２光源と、前記第１光源と前記第２光源とを同時に発光させる制御部と、前記第１光センサによる検出値と前記第２光センサによる検出値とに基づいて、血中酸素飽和度を取得する処理を行う信号処理部と、を含み、前記第１光センサおよび前記第２光センサは、生体内部で反射または生体を透過する光を検出する。

本開示によれば、フレームレートを高めることにより、血中酸素飽和度を効率よく取得できる。

図１は、比較例による検出装置の主要な構成部分を示す図である。 図２は、図２は、図１に示す検出装置の動作例を示す図である。 図３は、本開示の検出装置の主要な構成を示す図である。 図４は、図３に示す検出装置の動作例を示す図である。 図５は、図４に示す動作例の場合に光センサの使用状態を示す図である。 図６は、本開示の検出装置の動作例を示す図である。 図７は、図６に示す動作例の場合に光センサの使用状態を示す図である。 図８は、検出装置において、１０個の画素を使用する場合の例を示す図である。 図９は、４つの画素を使用してＳｐＯ２を計算する場合の例を示す図である。 図１０は、４つの画素のうち、２つの画素を組み合わせる場合の組み合わせテーブルの例を示す図である。 図１１は、複数の画素を使用して血中酸素飽和度ＳｐＯ２を計算し、それらの平均値を計算する処理を示すフローチャートである。 図１２は、光センサと光源との配置の変形例を示す図である。 図１３は、実施形態に係る検出装置を示す平面図である。 図１４は、実施形態に係る検出装置の構成例を示すブロック図である。 図１５は、検出装置を示す回路図である。 図１６は、センサ領域の検出領域と被検出体との位置関係を示す概略図である。 図１７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。 図１８Ａは、センサ領域の概略断面構成を示す断面図である。 図１８Ｂは、変形例に係る検出装置のセンサ領域の概略断面構成を示す断面図である。 図１９は、検出装置の動作例を表すタイミング波形図である。 図２０は、図１９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２１は、図１９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２２は、図１９における行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２３は、比較例によるセンサ領域の駆動と、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２４は、本開示の検出装置のセンサ領域の駆動と、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２５は、実施形態に係る検出装置のセンサ領域と第１光源および第２光源との関係を模式的に示す平面図である。 図２６Ａは、図２５に示す検出装置を第１方向から見た側面図である。 図２６Ｂは、図２５に示す検出装置を第１方向Ｄｘの逆側から見た側面図である。

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。以下の実施形態に記載した内容により本開示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。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、本開示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、当然に本開示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、本開示の解釈を限定するものではない。また、本開示と各図において、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。

本明細書及び特許請求の範囲において、ある構造体の上に他の構造体を配置する態様を表現するにあたり、単に「上に」と表記する場合、特に断りの無い限りは、ある構造体に接するように、直上に他の構造体を配置する場合と、ある構造体の上方に、さらに別の構造体を介して他の構造体を配置する場合との両方を含むものとする。

（比較例）
本開示の理解を容易にするために、最初に比較例について説明する。図１は、比較例による検出装置の主要な構成部分を示す図である。図１に示すように、比較例による検出装置は、赤色光源６１Ｒと、緑色光源６１Ｇと、光センサＰＡＡ０とを備える。図中の「Ｒ」は赤色光の光源であることを示し、図中の「Ｇ」は緑色光の光源であることを示す。他の図においても同様である。

緑色光源６１Ｇは、緑色光を出射する。緑色光は、例えば、４９０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の波長を有する。赤色光源６１Ｒは、赤色光を出射する。赤色光は、例えば、６４０ｎｍ以上７７０ｎｍ以下の波長を有する。すなわち、緑色光源６１Ｇと、赤色光源６１Ｒとは互いに異なる波長の光を出射する。光センサＰＡＡ０は、光を検出する。光センサＰＡＡ０は、赤色光源６１Ｒと緑色光源６１Ｇとに共通に設けられている。光センサＰＡＡ０は、赤色光および緑色光を検出できる。

図１に示す比較例では、赤色光源６１Ｒと緑色光源６１Ｇとを交互に点灯させ、光センサＰＡＡ０によって受光する。図２は、図１に示す検出装置の動作例を示す図である。図２において、横軸は時間の経過を示し、縦軸は動作の内容を示す。図２に示すように、本例では、最初に、赤色光源６１Ｒを点灯させて赤色光を出射し、光センサＰＡＡ０によって赤色光を検出する（期間Ｐ１１）。そして、光センサＰＡＡ０による検出データを読み出す（期間Ｐ１２）。次に、緑色光源６１Ｇを点灯させて緑色光を出射し、光センサＰＡＡ０によって緑色光を検出する（期間Ｐ１３）。そして、光センサＰＡＡ０による検出データを読み出す（期間Ｐ１４）。このように、図１および図２に示す比較例では、互いに異なる波長の光を出射する赤色光源６１Ｒと緑色光源６１Ｇとを交互に点灯させ、時分割でそれぞれのデータを取得する。

（検出装置の主要な構成）
図３は、本開示の検出装置の主要な構成を示す図である。図３に示すように、本開示の検出装置は、赤色光源６１Ｒと、緑色光源６１Ｇと、光センサＰＡＡ１と、光センサＰＡＡ２と、制御回路１２２と、信号処理回路４４とを備える。信号処理回路４４は、本開示の信号処理部に相当する。

第１光源である緑色光源６１Ｇは、緑色光を出射する。第２光源である赤色光源６１Ｒは、赤色光を出射する。すなわち、緑色光源６１Ｇと、赤色光源６１Ｒとは互いに異なる波長の光を出射する。

制御回路１２２は、赤色光源６１Ｒと緑色光源６１Ｇとを発光させる制御部として機能する。制御回路１２２は、緑色光源６１Ｇと赤色光源６１Ｒとを同時に発光させる。

第１光センサである光センサＰＡＡ１は、光を検出する。第２光センサである光センサＰＡＡ２は、光センサＰＡＡ１に隣接して設けられる。第１光センサである光センサＰＡＡ１は、第２光センサである光センサＰＡＡ２と第１光源である緑色光源６１Ｇとによって挟まれる位置に設けられる。第２光センサである光センサＰＡＡ２は、第１光センサである光センサＰＡＡ１と第２光源である赤色光源６１Ｒとによって挟まれる位置に設けられる。

信号処理回路４４は、光センサＰＡＡ１による検出値と、光センサＰＡＡ２による検出値とに基づいて、血中酸素飽和度を取得する処理を行う。

図３に示す検出装置において、緑色光源６１Ｇから出射される緑色光は、図示しない生体に入射する。赤色光源６１Ｒから出射される赤色光は、図示しない生体に入射する。光センサＰＡＡ１およびＰＡＡ２は、図示しない生体を透過した光または図示しない生体において反射した光を検出する。

ここで、図３に示す検出装置を図２の場合と同様に動作させる場合について考える。図４は、図３に示す検出装置の動作例を示す図である。図４において、横軸は時間の経過を示し、縦軸は動作の内容を示す。図４に示すように、赤色光源６１Ｒと緑色光源６１Ｇとを交互に点灯させる場合、最初に、赤色光源６１Ｒを点灯させて赤色光を出射し、光センサＰＡＡ１によって赤色光を検出する（期間Ｐ１１）。そして、光センサＰＡＡ１による検出データを読み出す（期間Ｐ１２）。次に、緑色光源６１Ｇを点灯させて緑色光を出射し、光センサＰＡＡ１によって緑色光を検出する（期間Ｐ１３）。そして、光センサＰＡＡ１による検出データを読み出す（期間Ｐ１４）。このように、互いに異なる波長の光を出射する赤色光源６１Ｒと緑色光源６１Ｇとを交互に点灯させる場合、時分割でそれぞれのデータを取得する。

図５は、図４に示す動作例の場合に光センサＰＡＡ１およびＰＡＡ２の使用状態を示す図である。図５に示すように、期間Ｐ１１および期間Ｐ１２においては、赤色光源６１Ｒを点灯させ、緑色光源６１Ｇは消灯させる。光センサＰＡＡ１によって赤色光を検出し、光センサＰＡＡ１による検出データを読み出す。また、期間Ｐ１３および期間Ｐ１４においては、緑色光源６１Ｇを点灯させ、赤色光源６１Ｒは消灯させる。光センサＰＡＡ１によって緑色光を検出し、光センサＰＡＡ１による検出データを読み出す。したがって、赤色光源６１Ｒと緑色光源６１Ｇとを交互に点灯させる場合、期間Ｐ１１からＰ１４までにおいて、光センサＰＡＡ１が使用され、光センサＰＡＡ２については使用されない。

図４を参照して説明した動作例に対し、本開示の検出装置においては、以下のように動作させる。図６は、本開示の検出装置の動作例を示す図である。図６において、横軸は時間の経過を示し、縦軸は動作の内容を示す。図６に示すように、本例では、赤色光源６１Ｒと緑色光源６１Ｇとを同時に点灯させる（期間Ｐ２１）。すなわち、互いに異なる波長の光を出射する赤色光源６１Ｒと緑色光源６１Ｇとを同時に点灯させる。そして、光センサＰＡＡ１およびＰＡＡ２による検出データを読み出す（期間Ｐ２２）。このように、互いに異なる波長の光を出射する赤色光源６１Ｒと緑色光源６１Ｇとを同時に点灯させ、光センサＰＡＡ１およびＰＡＡ２からそれぞれのデータを取得する。

図７は、図６に示す動作例の場合に光センサＰＡＡ１およびＰＡＡ２の使用状態を示す図である。図７に示すように、期間Ｐ２１において赤色光源６１Ｒと緑色光源６１Ｇとを同時に点灯させる。そして、光センサＰＡＡ１によって赤色光と緑色光とを含む光を検出し、光センサＰＡＡ１による検出データを読み出す。それと同時に、光センサＰＡＡ２によって赤色光と緑色光とを含む光を検出し、光センサＰＡＡ２による検出データを読み出す。つまり、期間Ｐ２１からＰ２２までにおいて、光センサＰＡＡ１およびＰＡＡ２が使用され、それぞれのデータを取得する。

図３に戻り、光センサＰＡＡ１に着目する。光センサＰＡＡ１は、赤色光源６１Ｒからの距離よりも、緑色光源６１Ｇからの距離が短い位置に設けられる。光センサＰＡＡ１から赤色光源６１Ｒまでの距離に比べて、光センサＰＡＡ１から緑色光源６１Ｇまでの距離の方が短い。したがって、光センサＰＡＡ１が検出する光のうち、緑色光（Ｇ）を例えば１００％とすると、赤色光（Ｒ）は例えば５０％である。つまり、光センサＰＡＡ１において、赤色光の検出値は緑色光の検出値の半分程度になる。

また、光センサＰＡＡ２に着目する。光センサＰＡＡ２は、緑色光源６１Ｇからの距離よりも、赤色光源６１Ｒからの距離が短い位置に設けられる。光センサＰＡＡ２から緑色光源６１Ｇまでの距離に比べて、光センサＰＡＡ２から赤色光源６１Ｒまでの距離の方が短い。したがって、光センサＰＡＡ２が検出する光のうち、赤色光（Ｒ）を例えば１００％とすると、緑色光（Ｇ）は例えば５０％である。つまり、光センサＰＡＡ２において、緑色光の検出値は赤色光の検出値の半分程度になる。以上のように、光センサＰＡＡ１、ＰＡＡ２において、赤色光源６１Ｒからの赤色光と、緑色光源６１Ｇからの緑色光との到達割合が異なる。なお、赤色光は、緑色光よりも遠くまで届くことが知られている。緑色光については、生体内での減衰が大きいため、遠くまで届く成分が小さい。

図２、図４を参照して説明したように、緑色光源６１Ｇと赤色光源６１Ｒとを交互に点灯させ、時分割でそれぞれのデータを取得すると、フレームレートを高めることができない。ここで、フレームレートとは、１フレームに相当する時間においてデータを取得できる回数である。これに対し、図６を参照して説明したように、赤色光源６１Ｒと緑色光源６１Ｇとを同時に点灯させることにより、データを取得するフレームレートを高めることができる。同時に点灯させてデータを取得する場合、時分割でそれぞれのデータを取得する場合に比べてフレームレートが２倍になる。フレームレートを高めることにより、血中酸素飽和度ＳｐＯ２を効率よく計算することができる。

緑色光源６１Ｇと赤色光源６１Ｒとを交互に点灯させて時分割でそれぞれのデータを取得する場合、血中酸素飽和度ＳｐＯ２は脈波データを用いて式（１）により計算される。

上記の式（１）において、「ａ」および「ｂ」は、実測値に基づいて予め決定される所定の係数である。式（１）において、Ｒは次の式（２）で定義される。

上記の式（２）において、ＡＣ（Ｒｅｄ）は赤色光の測定値の交流成分、ＤＣ（Ｒｅｄ）は赤色光の測定値の直流成分、ＡＣ（Ｇｒ）は緑色光の測定値の交流成分、ＤＣ（Ｇｒ）は緑色光の測定値の直流成分、である。交流成分は、脈波の成分を含む。

ところで、光センサを平面状に縦横に配置して、光を検出するための検出領域を構成することがある。このような検出領域に含まれる２つの画素が上記の２つの光センサＰＡＡ１、ＰＡＡ２であってもよい。つまり、各画素が光センサとしての機能を有する。図３のように、２つの光源を同時に点灯させて、２つの画素のデータを取得する場合、以下のようになる。すなわち、画素Ｐｉｘ１と、画素Ｐｉｘ２とを用いるとすると、血中酸素飽和度ＳｐＯ２は脈波データを用いて式（３）により計算される。

上記の式（３）において、「ａ’」および「ｂ’」は、実測値に基づいて予め決定される所定の係数である。「ａ’」、「ｂ’」は、「ａ」、「ｂ」とは異なる値である。式（３）において、Ｒ’は次の式（４）で定義される。

上記の式（４）において、ＡＣ（Ｐｉｘ１）は第１画素の測定値の交流成分、ＤＣ（Ｐｉｘ１）は第１画素の測定値の直流成分、ＡＣ（Ｐｉｘ２）は第２画素の測定値の交流成分、ＤＣ（Ｐｉｘ２）は第２画素の測定値の直流成分、である。交流成分は、脈波の成分を含む。

上記は２つの光センサＰＡＡ１およびＰＡＡ２に対応する第１画素および第２画素を使用する場合について説明したが、３つ以上の画素を使用してもよい。図８は、検出装置において、１０個の画素を使用する場合の例を示す図である。図８に示すように、本例では、画素Ｐｉｘ１からＰｉｘ１０と、緑色光源６１Ｇと、赤色光源６１Ｒとを使用する。画素Ｐｉｘ１からＰｉｘ１０は、緑色光源６１Ｇと赤色光源６１Ｒとに挟まれた位置に設けられている。

図８において、緑色光源６１Ｇと、赤色光源６１Ｒとを同時に点灯する。すると、画素Ｐｉｘ１からＰｉｘ１０のそれぞれにおいて、緑色光と赤色光との比率が異なる光が検出される。このため、任意の２つの画素に着目すれば、上記の式（３）および式（４）によってＳｐＯ２を計算できる。２つの画素に順次着目してＳｐＯ２を複数回計算し、それらの計算結果の平均値を求めてもよい。例えば、画素Ｐｉｘ１と画素Ｐｉｘ９とを用いて第１のＳｐＯ２、画素Ｐｉｘ１と画素Ｐｉｘ９とを用いて第２のＳｐＯ２、画素Ｐｉｘ２と画素Ｐｉｘ９とを用いて第３のＳｐＯ２、画素Ｐｉｘ２と画素Ｐｉｘ１０とを用いて第４のＳｐＯ２、をそれぞれ計算することができ、４つの計算結果の平均値を求めてもよい。なお、それぞれの画素に独立したノイズ成分が含まれる場合、平均化したＳｐＯ２を算出することでノイズ成分を効果的に除去できる。

多くの画素を使用する場合の、より具体的な血中酸素飽和度ＳｐＯ２の計算について、以下に説明する。図９は、検出装置において４つの画素を使用してＳｐＯ２を計算する場合の例を示す図である。図９においては、第１光センサである画素Ｐｉｘ１、第２光センサである画素Ｐｉｘ２に加えて、第３光センサである画素Ｐｉｘ３および第４光センサである画素Ｐｉｘ４を用いる。つまり、図９においては、４つの画素を用いる。図１０は、４つの画素のうち、２つの画素を組み合わせる場合の組み合わせテーブルの例を示す図である。図１０は、画素（Ａ）と画素（Ｂ）とを組み合わせる場合の組み合わせテーブルの例を示す。この組み合わせテーブルは、後述するように、記憶回路４６に記憶され、信号処理回路４４によって参照される。

図９に示すように、本例では、４つの画素Ｐｉｘ１、Ｐｉｘ２、Ｐｉｘ３およびＰｉｘ４と、緑色光源６１Ｇと、赤色光源６１Ｒとを使用する。４つの画素Ｐｉｘ１からＰｉｘ４は、緑色光源６１Ｇと赤色光源６１Ｒとに挟まれた位置に設けられている。

図１０に示すように、血中酸素飽和度ＳｐＯ２_１を計算する場合、画素Ｐｉｘ１と画素Ｐｉｘ３とを使用する。つまり、画素Ｐｉｘ１のデータと画素Ｐｉｘ３のデータとを使用する。そして、以下の式（５）および式（６）により、血中酸素飽和度ＳｐＯ２_１を計算する。

図１０に示すように、血中酸素飽和度ＳｐＯ２_２を計算する場合、画素Ｐｉｘ１と画素Ｐｉｘ４とを使用する。つまり、画素Ｐｉｘ１のデータと画素Ｐｉｘ４のデータとを使用する。そして、以下の式（７）および式（８）により、血中酸素飽和度ＳｐＯ２_２を計算する。

図１０に示すように、血中酸素飽和度ＳｐＯ２_３を計算する場合、画素Ｐｉｘ２と画素Ｐｉｘ３とを使用する。つまり、画素Ｐｉｘ２のデータと画素Ｐｉｘ３のデータとを使用する。そして、以下の式（９）および式（１０）により、血中酸素飽和度ＳｐＯ２_３を計算する。

図１０に示すように、血中酸素飽和度ＳｐＯ２_４を計算する場合、画素Ｐｉｘ２と画素Ｐｉｘ４とを使用する。そして、つまり、画素Ｐｉｘ２のデータと画素Ｐｉｘ４のデータとを使用する。以下の式（１１）および式（１２）により、血中酸素飽和度ＳｐＯ２_４を計算する。

最後に、上記の式（５）、式（７）、式（９）および式（１１）の計算値の平均値を算出する。すなわち、以下の式（１３）により、血中酸素飽和度ＳｐＯ２の平均値を計算する。

なお、上記の式（５）、式（７）、式（９）および式（１１）において、係数ａ_１、ａ_２、ａ_３およびａ_４、ならびに、係数ｂ_１、ｂ_２、ｂ_３およびｂ_４は、実測値に基づいて予め決定される所定の係数である。係数ａ_１、ａ_２、ａ_３およびａ_４、ならびに、係数ｂ_１、ｂ_２、ｂ_３およびｂ_４については、緑色光源６１Ｇからの緑色光と赤色光源６１Ｒからの赤色光との混合比率が異なるため、それぞれ異なる値になる。つまり、画素の組み合わせごとに、別々の係数が用いられる。これらの係数は、ＳｐＯ２算出パラメータテーブルとして、記憶回路４６（図１４参照）に記憶される。

上記のように複数の画素を使用して血中酸素飽和度ＳｐＯ２を計算し、それらの平均値を計算する処理について、図１１を参照して説明する。図１１は、複数の画素を使用して血中酸素飽和度ＳｐＯ２を計算し、それらの平均値を計算する処理を示すフローチャートである。この処理は、主に、信号処理回路４４において行われる。

図１１において、制御回路１２２は、赤色光源６１Ｒと緑色光源６１Ｇとを同時に点灯し、全画素の脈波データを測定する（ステップＳ１０１）。信号処理回路４４は、測定結果を記憶回路４６（図１４参照）に記憶する（ステップＳ１０２）。次に、信号処理回路４４は、記憶回路４６に記憶されている組み合わせテーブルを参照し（ステップＳ１０３）、予め決められた組み合わせの２画素を選択する（ステップＳ１０４）。

さらに、信号処理回路４４は、ステップＳ１０４において選択した２画素の組み合わせについて、組み合わせ別のＳｐＯ２算出パラメータテーブルを参照する（ステップＳ１０５）。信号処理回路４４は、ステップＳ１０４において選択した２画素のデータを記憶回路４６から読み出し、それらを用いて血中酸素飽和度ＳｐＯ２を計算する（ステップＳ１０６）。信号処理回路４４は、血中酸素飽和度ＳｐＯ２の計算結果を記憶回路４６に記憶する（ステップＳ１０７）。

次に、信号処理回路４４は、全ての画素の組み合わせについて計算を行ったか否かを判定する（ステップＳ１０８）。ステップＳ１０８の判定の結果、光センサの全ての組み合わせについて計算を行った場合（ステップＳ１０８においてＹｅｓ）、ステップＳ１０９に進み、信号処理回路４４は、全ての組み合わせについての血中酸素飽和度ＳｐＯ２の平均値を算出する（ステップＳ１０９）。信号処理回路４４は、計算した血中酸素飽和度ＳｐＯ２の値を出力し（ステップＳ１１０）、処理を終了する。

一方、信号処理回路４４は、ステップＳ１０８の判定の結果、光センサの全ての組み合わせについて計算を行っていない場合（ステップＳ１０８においてＮｏ）、すなわち計算を行っていない組み合わせがある場合は、ステップＳ１０３に戻り、処理を継続する。以上の処理により、複数の画素を用い、画素の組み合わせごとに血中酸素飽和度ＳｐＯ２を計算し、各計算結果の平均値を計算することができる。なお、ステップＳ１０６において記憶回路４６から読み出したデータを例えばバッファ（不図示）に一時的に保持しておき、次の血中酸素飽和度ＳｐＯ２の計算の際に再度用いてもよい。例えば、図１０の血中酸素飽和度ＳｐＯ２_１の計算の際に用いた画素Ｐｉｘ１のデータをバッファに保持しておけば、次の血中酸素飽和度ＳｐＯ２_２の計算の際にそのデータを再度用いることができる。これにより、２画素のデータを記憶回路４６から毎回読み出すよりも計算の処理時間を短縮できる。

（配置の変形例）
図１２は、光センサと光源との配置の変形例を示す図である。図１２に示すように、第１光センサである光センサＰＡＡ１と第２光センサである光センサＰＡＡ２とが隣接して設けられる。また、並んで設けられる光センサＰＡＡ１および光センサＰＡＡ２に対し、光センサＰＡＡ２に近い位置に第１光源である緑色光源６１Ｇと第２光源である赤色光源６１Ｒとが設けられる。つまり、光センサＰＡＡ１に比べて光センサＰＡＡ２に近い位置に、緑色光源６１Ｇと赤色光源６１Ｒとが設けられる。このとき、第２光センサＰＡＡ２は、光センサＰＡＡ１と第１光源である緑色光源６１Ｇとによって挟まれる位置に設けられる。また、光センサＰＡＡ２は、光センサＰＡＡ１と第２光源である赤色光源６１Ｒとによって挟まれる位置に設けられる。光センサＰＡＡ１は画素Ｐｉｘ１であってもよく、光センサＰＡＡ２は画素Ｐｉｘ２であってもよい。図１２においては、光センサＰＡＡ１、光センサＰＡＡ２の場合について説明する。

上述したように、赤色光源６１Ｒから光センサまでの距離と緑色光源６１Ｇから光センサまでの距離とが同じであれば、赤色光源６１Ｒおよび緑色光源６１Ｇと光センサとの間の距離が遠いほど光センサにおいて検出される光の強度は、緑色光よりも赤色光の方が大きい。このため、赤色光源６１Ｒおよび緑色光源６１Ｇに近い位置に設けられる光センサＰＡＡ２において検出される光については、例えば、緑色光（Ｇ）が１００％、赤色光（Ｒ）が１００％である。これに対し、赤色光源６１Ｒおよび緑色光源６１Ｇから遠い位置に設けられる光センサＰＡＡ１において検出される光については、例えば、緑色光（Ｇ）が３０％、赤色光（Ｒ）が７０％である。このように、赤色光源６１Ｒおよび緑色光源６１Ｇからの距離同じ位置に光センサを設けても、２つの光センサにおいて検出される光については、緑色光（Ｇ）の成分と赤色光（Ｒ）の成分とが同じ比率にならない。したがって、図１２のように光源および光センサを配置した場合であっても、赤色光源６１Ｒと緑色光源６１Ｇとを同時に点灯させることにより、光センサの検出値に基いて、血中酸素飽和度ＳｐＯ２の値を計算できる。この場合、上記の式（１）および式（２）を用い、係数「ａ」および「ｂ」を実測値に基づいて予め決定しておけば、血中酸素飽和度ＳｐＯ２の値を計算できる。

上述したように、光センサを平面状に縦横に配置して、光を検出するための検出領域を構成することがある。以下、このような検出領域を用いる場合の実施形態について、より詳細に説明する。

図１３は、実施形態に係る検出装置を示す平面図である。図１３に示すように、検出装置１は、センサ基材２１と、センサ領域１０と、ゲート線駆動回路１５と、信号線選択回路１６と、検出回路４８と、制御回路１２２と、電源回路１２３と、複数の第１光源６１と、複数の第２光源６２と、を有する。第１光源６１は緑色光源６１Ｇに対応し、第１光源６２は赤色光源６１Ｒに対応する。センサ領域１０に含まれる２つの画素、例えばＰｉｘＡは、図３中の光センサＰＡＡ１およびＰＡＡ２に相当する。センサ領域１０に含まれる１０個の画素、例えばＰｉｘＢは、図８中の画素Ｐｉｘ１からＰｉｘ１０に相当する。センサ領域１０に含まれる４つの画素、例えばＰｉｘＣは、図９中の画素Ｐｉｘ１からＰｉｘ４に相当する。図１３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１３に示す第１光源６１および第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、図１２を参照して説明したように、第１光源基材５１に、第１光源６１および第２光源６２が配置されていてもよい。

検出装置１は、ホスト２００と電気的に接続される。ホスト２００は、例えば検出装置１が適用される機器（不図示）の上位制御装置である。ホスト２００は、検出装置１から出力されるデータに基づき、所定の生体情報取得処理を行う。

センサ基材２１には、フレキシブルプリント基板７１を介して制御基板１２１が電気的に接続される。フレキシブルプリント基板７１には、検出回路４８が設けられている。制御基板１２１には、制御回路１２２、電源回路１２３、および出力回路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）である。制御回路１２２は、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のＰＬＤ（Programmable Logic Device）であっても良い。

制御回路１２２は、センサ領域１０、ゲート線駆動回路１５および信号線選択回路１６に制御信号を供給して、センサ領域１０の検出動作を制御する。また、制御回路１２２は、第１光源６１および第２光源６２に制御信号を供給して、第１光源６１および第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１７参照）等の電圧信号をセンサ領域１０、ゲート線駆動回路１５および信号線選択回路１６に供給する。また、電源回路１２３は、電源電圧を第１光源６１および第２光源６２に供給する。

出力回路１２６は、例えばＵＳＢコントローラＩＣであり、制御回路１２２とホスト２００との間の通信制御を行う。

センサ基材２１は、検出領域ＡＡと、周辺領域ＧＡとを有する。検出領域ＡＡは、センサ領域１０が有する複数の光センサＰＤ（図１７参照）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、センサ基材２１の端部との間の領域であり、光センサＰＤが設けられない領域である。

ゲート線駆動回路１５および信号線選択回路１６は、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、センサ領域１０と検出回路４８との間に設けられる。

なお、第１方向Ｄｘは、センサ基材２１と平行な面内の一方向である。第２方向Ｄｙは、センサ基材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および第２方向Ｄｙと直交する方向であり、センサ基材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および第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および電源回路１２３と電気的に接続される。

複数の第１光源６１および複数の第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および複数の第２光源６２は、それぞれ異なる波長の第１光および第２光を出射する。

第１光源６１から出射された第１光は、例えば、被験者の指Ｆｇ（図２５参照）や手首等の被検出体の表面で反射されセンサ領域１０に入射する。これにより、センサ領域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等の内部で反射し又は指Ｆｇ等を透過してセンサ領域１０に入射する。これにより、センサ領域１０は、被験者の指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、被験者の脈波、脈拍、血管像等である。すなわち、検出装置１は、指紋を検出する指紋検出装置や、静脈などの血管パターンを検出する静脈検出装置として構成されてもよい。

第１光は、４９０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の波長を有し、第２光は、６４０ｎｍ以上７７０ｎｍ以下の波長を有する。この場合、第１光は、例えば、緑色の可視光（緑色光）であり、第２光は、例えば、赤色の可視光（赤色光）である。第１光源６１から出射された第１光および第２光源６２から出射された第２光に基づいて、センサ領域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１は、第１光源６１および複数の第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１４は、実施形態に係る検出装置の構成例を示すブロック図である。図１４に示すように、検出装置１は、さらに検出制御回路１１と検出回路４０とを有する。

センサ領域１０は、複数の光センサＰＤを有する。センサ領域１０が有する光センサＰＤは有機フォトダイオード（ＯＰＤ：Organic Photodiode）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、センサ領域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。

検出制御回路１１は、ゲート線駆動回路１５、信号線選択回路１６および検出回路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。検出制御回路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、検出制御回路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、検出制御回路１１は、各種制御信号を第１光源６１および第２光源６２に供給して、それぞれの点灯および非点灯を制御する。

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１５参照）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１５参照）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、検出制御回路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を検出回路４０に出力する。

検出回路４０は、検出回路４８と、信号処理回路４４と、記憶回路４６と、検出タイミング制御回路４７とを備える。検出タイミング制御回路４７は、検出制御回路１１から供給される制御信号に基づいて、検出回路４８と、信号処理回路４４と、が同期して動作するように制御する。

検出回路４８は、センサ領域１０から出力される各光センサＰＤの検出信号に基づき、各光センサＰＤの検出値を生成する。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回路４２およびＡ／Ｄ変換回路４３の機能を有する信号処理回路である。検出信号増幅回路４２は、検出信号Ｖｄｅｔを増幅する。Ａ／Ｄ変換回路４３は、検出信号増幅回路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。

本開示において、信号処理回路４４および記憶回路４６は、制御回路１２２に含まれる。

信号処理回路４４は、検出回路４８から出力される各光センサＰＤの検出値に基づき、生体に関する情報を生成するための生体データを取得する。本開示において、生体に関する情報は、緑色光や赤色光により取得された脈波を含む。

記憶回路４６は、信号処理回路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、記憶回路４６には、信号処理回路４４において生体データの取得を行う際に、後述する生体データ取得領域設定処理フローにおいて設定される生体データ取得領域や、各種設定情報が格納される。記憶回路４６は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）等を含む態様であっても良い。また、記憶回路４６は、レジスタ回路等であっても良い。

次に、検出装置１の回路構成例について説明する。図１５は、検出装置を示す回路図である。図１５に示すように、センサ領域１０は、行列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１５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は自然数、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およびリセット回路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は自然数、例えばＮ＝２５２）配列されていてもよい。また、図１５では、信号線選択回路１６とリセット回路１７との間にセンサ領域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、制御回路１２２（図１３参照）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、指紋の検出およ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および第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１３参照）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、制御回路１２２（図１３参照）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および信号線選択回路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。

本開示において、検出装置１は、ブロック単位ＰＡＧ１、ＰＡＧ２に含まれる部分検出領域ＰＡＡ（光センサＰＤ）の数を変更することができる。これにより、取得する情報に応じて、１インチ当たりの解像度（ｐｐｉ（pixel per inch）値、以下「精細度」と称する）を設定することができる。

例えば、ブロック単位ＰＡＧ１、ＰＡＧ２に含まれる部分検出領域ＰＡＡ（光センサＰＤ）の数を相対的に少なくする。これにより、検出時間が長くなり低フレームレート（例えば、２０ｆｐｓ以下）となる反面、高精細（例えば、３００ｐｐｉ以上）な検出を行うことができる。以下、低フレームレート且つ高精細な検出を行うモードを「第１モード」と称する。低フレームレート且つ高精細な検出を行う第１モードを選択することで、例えば、指の表面の指紋を高精細に取得することができる。

また、例えば、ブロック単位ＰＡＧ１、ＰＡＧ２に含まれる部分検出領域ＰＡＡ（光センサＰＤ）の数を相対的に多くする。これにより、低精細となる（例えば、５０ｐｐｉ以下）反面、１フレームにおいて検出を短時間で繰り返し実行することができる高フレームレート（例えば、１００ｆｐｓ以上）で検出を行うことができる。以下、高フレームレート且つ低精細な検出を行うモードを「第２モード」と称する。高フレームレート且つ低精細な検出を行う第２モードを選択することで、例えば、脈波の時間的な変化を精度よく検出することができる。また、この第２モードにおいて、より高いフレームレート（例えば、１０００ｆｐｓ以上）で取得した脈波を用いることで、脈波伝搬速度の算出や血圧等の算出が可能となる。

また、例えば、血管像（静脈パターン）を取得する場合には、ブロック単位ＰＡＧ１、ＰＡＧ２に含まれる部分検出領域ＰＡＡ（光センサＰＤ）の数を、第１モードと第２モードとの中間値とする。これにより、フレームレートが第１モードよりも高く第２モードよりも低い中フレームレート（例えば、２０ｆｐｓより大きく１００ｆｐｓ未満）、且つ、精細度が第１モードよりも低く第２モードよりも高い中精細（例えば、５０ｐｐｉより大きく３００ｐｐｉ未満）で検出を行うことができる。以下、中フレームレート且つ中精細な検出を行うモードを「第３モード」と称する。この中フレームレート且つ中精細な検出を行う第３モードは、例えば、静脈などの血管パターンを取得する場合に適している。

図１５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および第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１７参照）に基準信号ＣＯＭが供給される。

図１６は、センサ領域の検出領域と被検出体との位置関係を示す概略図である。図１６では、被検出体として被験者の指Ｆｇを例示している。指Ｆｇは、検出領域ＡＡに載置される。指Ｆｇは、検出領域ＡＡの一部分を覆うように載置される。なお、被検出体は、被験者の指Ｆｇに限らず、手首などであってもよい。

図１７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１７では、検出回路４８の回路構成も併せて示している。図１７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、第１スイッチング素子Ｔｒ１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のアノードおよび容量素子Ｃａの一端側との間に形成される。

図１７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ＰＤ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ＰＤのカソードおよび容量素子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および容量素子Ｃａには、電源回路１２３から、信号線ＳＧＬおよび容量素子Ｃａの初期電位となる基準信号ＣＯＭが供給される。

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、容量素子Ｃａ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３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、検出装置１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。なお、第１光源６１および第２光源６２の光量の初期設定については、後述する。

検出回路４８は、読み出し期間Ｐｄｅｔ（図１９参照）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の検出信号増幅回路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。検出信号増幅回路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、検出信号増幅回路４２は、容量素子ＣｂおよびリセットスイッチＲＳＷを有する。リセット期間Ｐｒｓｔ（図１９参照）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１８Ａは、センサ領域の概略断面構成を示す断面図である。図１８Ａに示すように、センサ領域１０は、センサ基材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。センサ基材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。センサ基材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、センサ基材２１は、フィルム状の樹脂であってもよい。センサ基材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、第１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。センサ基材２１および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に形成される第１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および上部電極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の第１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る。下部電極３５は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属材料が用いられる。又は、下部電極３５は、これらの金属材料が複数積層された積層膜であってもよい。下部電極３５は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透光性を有する導電材料であってもよい。

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およびｎ型半導体層３２ｃを含む。ｉ型半導体層３２ａ、ｐ型半導体層３２ｂおよびｎ型半導体層３２ｃは、光電変換素子の一具体例である。図１８Ａでは、センサ基材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および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および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および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、例えばＩＴＯ等の透光性導電層であり、全ての光センサＰＤに対して共通に設けられる。

絶縁層２３の上に絶縁層２４ａおよび絶縁層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および接続配線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１８Ｂは、変形例に係る検出装置のセンサ領域の概略断面構成を示す断面図である。図１８Ｂに示すように、変形例の検出装置１Ａ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。センサ基材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、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は、例えば、銀（Ａｇ）やアルミニウム（Ａｌ）等の金属材料が用いられる。又は、下部電極３５は、これら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よい。

下部電極３５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下部電極３５を形成できる。例えば、下部電極３５は、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。この場合、光センサＰＤＡは、センサ基材２１の両面側から照射される光、例えば第１面Ｓ１側から照射される光Ｌ１および第２面Ｓ２側から照射される光の両方を検出できる。

図１８Ｂ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１８Ｂ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第１スイッチング素子Ｔｒが設けられる。第１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およびゲート電極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、第１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。

第１スイッチング素子Ｔｒは、半導体層８１の上側およ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、第１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１８Ｂでは、周辺領域ＧＡに設けられた第２スイッチング素子ＴｒＡおよび端子部７２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１３参照）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およびゲート電極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とセンサ基材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。

第１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。第１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１の動作例について説明する。図１９は、検出装置の動作例を表すタイミング波形図である。図２０は、図１９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２１は、図１９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２２は、図１９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２３および図２４は、検出装置のセンサ領域の駆動と、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１９に示すように、検出装置１は、リセット期間Ｐｒｓｔ、露光期間Ｐｅｘおよび読み出し期間Ｐｄｅｔを有する。電源回路１２３は、リセット期間Ｐｒｓｔ、露光期間Ｐｅｘおよび読み出し期間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およびリセット信号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１９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、複数の第１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２０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２０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。なお、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（第１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、開始のタイミングおよ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。

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に電荷が蓄積される。

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。なお、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２１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１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２２を参照して、図１９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１９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２２および図１７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第１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１７参照）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２２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の検出信号増幅回路４２の容量（容量素子Ｃｂ）へ電荷が移動し、検出信号増幅回路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回路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。検出信号増幅回路４２の出力電圧はＡ／Ｄ変換回路４３で読み出す。図２２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２２におけるＡＳＷ（ｋ）、ＡＳＷ（ｋ＋１）…は、例えば、図２２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の検出信号増幅回路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回路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、検出信号増幅回路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。検出信号増幅回路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変換回路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２３は、比較例によるセンサ領域の駆動と、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２３は、上述した比較例の場合（図２）と同様に、第１光源６１と第２光源６２とを交互に点灯させた場合、すなわち時分割的に点灯させた場合を示す。図２３に示す例では、期間ｔ（１）、期間ｔ（２）、期間ｔ（３）、期間ｔ（４）のそれぞれの１フレームの検出において、リセット期間Ｐｒｓｔ、露光期間Ｐｅｘおよび読み出し期間Ｐｄｅｔが設けられている。リセット期間Ｐｒｓｔおよび読み出し期間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。

図２３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１は、上述したリセット期間Ｐｒｓｔ、露光期間Ｐｅｘ｛（１）・・・（Ｍ）｝および読み出し期間Ｐｄｅｔを実行する。リセット期間Ｐｒｓｔおよび読み出し期間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および読み出し期間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。そして、期間ｔ（１）および期間ｔ（３）に第１光源６１が点灯され、期間ｔ（２）および期間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２３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。

図２３に示したように、期間ｔ（１）における１フレームの検出では、制御回路１２２（検出制御部１１）は、露光期間Ｐｅｘにおいて第１光源６１を点灯させ、第２光源６２を非点灯とする。また、期間ｔ（２）における１フレームの検出では、制御回路１２２（検出制御部１１）は、露光期間Ｐｅｘにおいて第１光源６１を非点灯とし、第２光源６２を点灯させる。同様に、期間ｔ（３）における１フレームの検出では、露光期間Ｐｅｘにおいて第１光源６１を点灯させ、第２光源６２を非点灯とし、期間ｔ（４）における１フレームの検出では、露光期間Ｐｅｘにおいて第１光源６１を非点灯とし、第２光源６２を点灯させる。

このように、図２３に示した比較例の場合、第１光源６１および第２光源６２は、１フレームの検出ごとに時分割的に点灯・非点灯が制御される。これにより、第１光により光センサＰＤで検出された第１検出信号と、第２光により光センサＰＤで検出された第２検出信号とが、時分割で検出回路４８に出力される。

図２４は、本開示の検出装置のセンサ領域の駆動と、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。第１光源６１と第２光源６２とを時分割的に点灯させる上記の比較例に対し、本開示では第１光源６１と第２光源６２とを同時に点灯させる。図２４に示すように、制御回路１２２は、期間ｔ（１）において、第１光源６１および第２光源６２を同時に点灯させる。第１光源６１と第２光源６２とを期間ｔ（２）、期間ｔ（３）および期間ｔ（４）においても同様に、第１光源６１および第２光源６２を同時に点灯させる。制御回路１２２は、各期間において露光期間Ｐｅｘおよび読み出し期間Ｐｄｅｔを実行する。このため、時分割的に点灯させる図２３の場合に比べてフレームレートを高めることができる。

なお、図１９から図２３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２１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。

上述したように、検出装置１は、例えば、出射する光の波長が異なる複数種の光源（第１光源６１、第２光源６２）を具備した構成とすることで、被験者の指の表面で反射した光を検出することによって取得される指紋や、被験者の指や手首等の内部で反射あるいは透過した光を検出することによって取得される種々の生体情報を取得可能となる。

以下、検出装置１により取得される生体に関する情報の具体例として、血液中の酸素飽和度（以下、血中酸素飽和度（ＳｐＯ２）と称する）を算出するための生体情報である脈波を取得する例について説明する。図２５は、実施形態に係る検出装置のセンサ領域と第１光源および第２光源との関係を模式的に示す平面図である。

図２５に示すように、検出装置１は、フィルタ６３を有する。フィルタ６３は、走査方向ＳＣＡＮにおいて、センサ領域１０の一端から他端まで検出領域ＡＡと重なって配置される。フィルタ６３は、第１光源６１から出射された第１光および第２光源６２から出射された第２光を透過させる透過帯域を有する。実施形態に係る構成において、フィルタ６３は必ずしも必要ではなく、フィルタ６３を有さない構成であっても良い。

図２５に示す構成において、走査方向ＳＣＡＮは、ゲート線駆動回路１５がゲート線ＧＣＬを走査する方向である。つまり、１本のゲート線ＧＣＬは、検出領域ＡＡにおいて第１方向Ｄｘに延在して設けられ、検出領域ＡＡに設けられた複数の部分検出領域ＰＡＡと接続される。また、１本の信号線ＳＧＬは、検出領域ＡＡにおいて第２方向Ｄｙに延在して設けられ、検出領域ＡＡの複数の光センサＰＤと接続される。

第１光源基材５１と第２光源基材５２とは、平面視で、検出領域ＡＡを挟んで第１方向Ｄｘに対向する。第１光源基材５１の、第２光源基材５２と対向する面に複数の第１光源６１が設けられている。また、第２光源基材５２の、第１光源基材５１と対向する面に複数の第２光源６２が設けられている。複数の第１光源６１および複数の第２光源６２は、検出領域ＡＡの外周に沿って第１方向Ｄｘに並んで設けられている。

第１光源６１は、第１方向Ｄｘと平行方向に第１光を出射する。これにより、検出領域ＡＡに第１光が照射される。また、第２光源６２は、第１方向Ｄｘと平行方向に第２光を出射する。これにより、検出領域ＡＡに第２光が照射される。

図２６Ａは、図２５に示す検出装置を第１方向Ｄｘから見た側面図である。図２６Ａは、図１３の第１光源基材５１側から検出装置を見た図である。図２６Ｂは、図２５に示す検出装置を第１方向Ｄｘの逆側から見た側面図である。図２６Ｂは、図１３の第２光源基材５２側から検出装置を見た図である。図２６Ａおよび図２６Ｂに示すように、被験者の指Ｆｇや手首等の被検出体は、フィルタ６３を介してセンサ領域１０の上に接触又は近接する。第１光源６１および第２光源６２は、センサ領域１０およびフィルタ６３よりも上方に配置され、第１方向Ｄｘで被験者の指Ｆｇや手首等の被検出体を挟んで配置される。

ここでは、例えば、第１光源６１から出射される第１光として、４９０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の波長を有する緑色の可視光（緑色光）が採用され、第２光源６２から出射される第２光として、６４０ｎｍ以上７７０ｎｍ以下の波長を有する赤色の可視光（赤色光）が採用される。ヒトの血中酸素飽和度（ＳｐＯ２）を取得する場合、第１光（緑色光）により取得された脈波と、第２光（赤色光）により取得された脈波とを用いる。なお、第１光および第２光の組み合わせは、緑色光および赤色光に限定されず、ＳｐＯ２を算出可能な組み合わせであればよい。例えば、赤外光および赤色光でもよい。この場合、第１光と第２光とで、酸化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンとの反射率比が異なる組み合わせである必要がある。

ヘモグロビンが酸素を取り込んだ量によって光の吸収量が変化するので、照射した第１光、第２光から血液（ヘモグロビン）に吸収された光を差し引いた量の光を光センサＰＤで検出する。血中酸素のほとんどは赤血球中のヘモグロビンと可逆的に結合しており、ごく一部が血漿中に溶解している。より具体的には、血液全体として、その許容量の何％の酸素が結合しているかの値が酸素飽和度である。第１光と第２光の２波長にて、照射した光から血液（ヘモグロビン）に吸収された光を差し引いた量から血中酸素飽和度を算出することが可能となる。

酸素飽和度（ＳｐＯ２）は、血液中のヘモグロビンが酸素と結合した場合（Ｏ２Ｈｂ：酸素化ヘモグロビン）と結合していない場合（ＨＨｂ：還元ヘモグロビン）の比で決まる。赤色光の吸光特性は、ＨＨｂ＞＞Ｏ２Ｈｂであり、ＨＨｂの吸光度が著しく大きいのに対して、例えば、赤外光の吸光特性は、ＨＨｂ≒Ｏ２Ｈｂであり、わずかにＯ２Ｈｂの吸光度が大きい。

第１光源６１から出射された第１光は、第１方向Ｄｘと平行方向に進行し、被験者の指Ｆｇや手首に入射する。第１光源６１から出射された第１光は、生体内部へ浸透し、被験者の指Ｆｇや手首の内部で反射される。被験者の指Ｆｇや手首の内部で反射された反射光は、第３方向Ｄｚに進行して、フィルタ６３を通ってセンサ領域１０の検出領域ＡＡに入射する。

第２光源６２から出射された第２光は、第１方向Ｄｘと平行方向に進行し、被験者の指Ｆｇや手首に入射する。第２光源６２から出射された第２光は、生体内部へ浸透し、被験者の指Ｆｇや手首の内部で反射される。被験者の指Ｆｇや手首の内部で反射された反射光は、第３方向Ｄｚに進行して、フィルタ６３を通ってセンサ領域１０の検出領域ＡＡに入射する。

なお、複数の第１光源６１および複数の第２光源６２の配置は、図２５、図２６Ａおよび図２６Ｂに示す例に限定されない。例えば、図２６Ａに示す被験者の指Ｆｇや手首等の被検出体の上方、具体的には、第３方向Ｄｚから第１光又は第２光が照射される態様であっても良い。あるいは、複数の第１光源６１および複数の第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。

１ 検出装置
１０ センサ領域
１１ 検出制御回路
４０ 検出回路
４４ 信号処理回路
４６ 記憶回路
４８ 検出回路
６１Ｇ 緑色光源
６１Ｒ 赤色光源
６１ 第１光源
６２ 第２光源
１２２ 制御回路
ＡＡ 検出領域
ＰＡＡ１、ＰＡＡ２ 光センサ

Claims (8)

1. 光を検出する第１光センサと、
   前記第１光センサに隣接して設けられて、光を検出する第２光センサと、
   所定の波長の光を出射する第１光源と、
   前記第１光源が出射する光の波長とは異なる波長の光を出射する第２光源と、
   前記第１光源と前記第２光源とを同時に発光させる制御部と、
   前記第１光センサによる検出値と前記第２光センサによる検出値とに基づいて、血中酸素飽和度を取得する処理を行う信号処理部と、
   を含み、
   前記第１光センサおよび前記第２光センサは、生体内部で反射または生体を透過する光を検出する
   検出装置。
2. 前記第１光センサは、前記第２光センサと前記第１光源とによって挟まれる位置に設けられ、
   前記第２光センサは、前記第１光センサと前記第２光源とによって挟まれる位置に設けられる
   請求項１に記載の検出装置。
3. 前記第２光センサは、前記第１光センサと前記第１光源とによって挟まれる位置に設けられ、
   前記第２光センサは、前記第１光センサと前記第２光源とによって挟まれる位置に設けられる
   請求項１に記載の検出装置。
4. 前記第１光センサの検出値の交流成分をＡＣ（Pix1）、
   前記第１光センサの検出値の直流成分をＤＣ（Pix1）、
   前記第２光センサの検出値の交流成分をＡＣ（Pix2）、
   前記第２光センサの検出値の直流成分をＤＣ（Pix2）、
   とした場合に、
   前記信号処理部は、血中酸素飽和度ＳｐＯ２を下記の式によって計算する請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の検出装置。
   ＳｐＯ２＝ｂ′－ａ′・Ｒ′
   ただし、ａ′およびｂ′は予め決められた所定の係数であり、
   Ｒ′＝｛ＡＣ（Pix1）／ＤＣ（Pix1）｝／｛ＡＣ（Pix2）／ＤＣ（Pix2）｝
   である。
5. 前記第２光センサに隣接して設けられて、光を検出する第３光センサをさらに含み、
   前記第３光センサは、生体内部で反射または生体を透過する光を検出し、
   前記信号処理部は、
   前記第１光センサ、前記第２光センサおよび前記第３光センサのうち、任意の２つの光センサによる検出値を用いて血中酸素飽和度ＳｐＯ２をそれぞれ計算し、
   計算した血中酸素飽和度ＳｐＯ２の平均値を計算する
   請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の検出装置。
6. 前記第２光センサに隣接して設けられて、光を検出する第３光センサと、
   前記第３光センサに隣接して設けられて、光を検出する第４光センサと、
   をさらに含み、
   前記第３光センサおよび前記第４光センサは、生体内部で反射または生体を透過する光を検出し、
   前記信号処理部は、
   第１光センサで検出した検出値と第３光センサで検出した検出値に基づいて第１血中酸素飽和度ＳｐＯ２を計算し、第１光センサで検出した検出値と第４光センサで検出した検出値に基づいて第２血中酸素飽和度ＳｐＯ２を計算し、第２光センサで検出した検出値と第３光センサで検出した検出値に基づいて第３血中酸素飽和度ＳｐＯ２を計算し、第１光センサで検出した検出値と第４光センサで検出した検出値に基づいて第４血中酸素飽和度ＳｐＯ２を計算し、さらに、
   前記第１血中酸素飽和度ＳｐＯ２と、前記第２血中酸素飽和度ＳｐＯ２と、前記第３血中酸素飽和度ＳｐＯ２と、前記第４血中酸素飽和度ＳｐＯ２との平均値を計算する
   請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の検出装置。
7. 前記信号処理部は、４つの光センサを用いる場合、４つの血中酸素飽和度ＳｐＯ２_１、
   ＳｐＯ２_２、ＳｐＯ２_３およびＳｐＯ２_４を下記の式によって計算し、
   ＳｐＯ２_１＝ｂ_１－ａ_１・Ｒ_１、Ｒ_１＝｛ＡＣ（Pix1）／ＤＣ（Pix1）｝／｛ＡＣ（Pix3）／ＤＣ（Pix3）｝、
   ＳｐＯ２_２＝ｂ_２－ａ_２・Ｒ_２、Ｒ_２＝｛ＡＣ（Pix1）／ＤＣ（Pix1）｝／｛ＡＣ（Pix4）／ＤＣ（Pix4）｝、
   ＳｐＯ２_３＝ｂ_３－ａ_３・Ｒ_３、Ｒ_３＝｛ＡＣ（Pix2）／ＤＣ（Pix2）｝／｛ＡＣ（Pix3）／ＤＣ（Pix3）｝、
   ＳｐＯ２_４＝ｂ_４－ａ_４・Ｒ_４、Ｒ_４＝｛ＡＣ（Pix2）／ＤＣ（Pix2）｝／｛ＡＣ（Pix4）／ＤＣ（Pix4）｝、
   さらに、４つの血中酸素飽和度の平均値ＳｐＯ２を下記の式によって計算する請求項５に記載の検出装置。
   ＳｐＯ２＝（ＳｐＯ２_１＋ＳｐＯ２_２＋ＳｐＯ２_３＋ＳｐＯ２_４）／４
8. 前記第１光センサおよび前記第２光センサは、有機フォトダイオードである請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の検出装置。

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