JP7789757B2 - 光容量センサ - Google Patents

Description

本発明は、光容量センサに関し、詳細には、反射光のパターンを検出するための光容量センサに関する。光容量センサは、指紋やその他の特徴的なパターンの検出などの生体認証に使用することができる。光容量センサは、タッチスクリーンディスプレイパネルに組み込むことができる。

光容量効果は、波長範囲内の光の照射に応答して、材料の空間電荷分布が変化することに関連している。その材料がコンデンサの電極間に組み込まれている場合、コンデンサの容量の変化を測定することに基づいて、照明の存在及び／または強度を決定することができる。

Ｊ．Ｃ．Ａｎｄｅｒｓｏｎ（１９８２）「Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｐｈｏｔｏ－ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ ｉｎ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ＭＩＳ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」、Ｐｈｉｌｏｓｏｐｈｉｃａｌ Ｍａｇａｚｉｎｅ Ｂ，４６：２，１５１－１６１，１９８２，ＤＯＩ：１０．１０８０／１３６４２８１８２０８２４６４３１は、シリコン金属－絶縁体－半導体（ＭＩＳ）構造における光容量効果の理論的取り扱いについて記載している。

Ｄ．Ｃａｐｕｔｏ、Ｇ．ｄｅ Ｃｅｓａｒｅ、Ａ．Ｎａｓｃｅｔｔｉ、Ｆ．Ｐａｌｍａ、Ｍ．Ｐｅｔｒｉ「Ｉｎｆｒａｒｅｄ ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｔ ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｕｓｉｎｇ ｐｈｏｔｏｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ ｉｎ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７２，１２２９（１９９８）；ｈｔｔｐｓ：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１０６３／１．１２１０２２は、室温での容量測定により赤外光を検出できる、アモルファスシリコン材料に基づくデバイスについて記載している。

Ｍ．Ｔｕｃｃｉ，Ｄ．Ｃａｐｕｔｏ「Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ ｉｎ ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｅｄ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｐｈｏｔｏｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ ｆｏｒ ｉｍａｇｉｎｇ ａｒｒａｙｓ」Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｎ－Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｏｌｉｄｓ ３３８-３４０（２００４）７８０-７８３，ｈｔｔｐｓ：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１０１６／ｊ．ｊｎｏｎｃｒｙｓｏｌ．２００４．０３．０９０は、大面積イメージングシステムへの適用性を判断するために、水素化アモルファスシリコンフォトトランジスタの容量の研究について記載している。

本発明の第１の態様によれば、入力面と、入力面の一部を照射するように配置された１つまたは複数の光源とを含む光容量センサが提供される。光容量センサはまた、入力面の照射部分と接触または近接する物体から反射される１つまたは複数の光源からの光を受け取るように配置された光コンデンサのアレイを含む。光コンデンサのアレイは、物体の反射パターンを検出するように構成される。

反射パターンは、アルベドパターン、カラーパターン、及び／またはレリーフパターンに対応し得る。反射パターンは、指紋及び／または皮膚隆線の別のパターンに対応し得る。

光コンデンサのアレイは、指紋を検出するように構成することができる。

アレイ内の光コンデンサ間のピッチ／間隔は、１ｍｍ未満であってよい。アレイ内の光コンデンサ間のピッチ／間隔は、０．５ｍｍ未満であってよい。アレイ内の光コンデンサ間のピッチ／間隔は、指紋隆線を解像するのに十分に小さくてよい。光コンデンサのアレイは、人間の皮膚隆線のパターンを検出するように構成することができる。

各光コンデンサは、不規則な結晶性または多結晶性材料を含み得る、またはそれらから形成することができる。各光コンデンサは、サブギャップ光子エネルギーを吸収できる材料のバンドギャップにトラップ状態を含む材料を含み得る、またはその材料から形成することができる。各光コンデンサは、アモルファスシリコン、アモルファス半導体酸化物、有機材料などのうちの１つまたは複数を含み得る、またはそれらから形成することができる。

「近接」という用語は、アレイ内の光コンデンサのピッチ／間隔が与えられた場合に反射パターンが解像できるように、物体が入力面に十分近いことを指してよい。最大距離は、他の要因の中でも特に、光源によって供給される光の分散及び反射パターンの空間周波数に依存し得る。例えば、指紋、写真、文書などを読み取るためには、近接とは、コリメート光源またはレーザ光源の場合は１ｍｍ以下、非コリメート光源の場合は０．１ｍｍ以下を指してよい。指先または手の形状を検出するためには、距離はより大きくてよく、例えばコリメート光源またはレーザ光源の場合は１００ｍｍ以下、非コリメート光源の場合は１０ｍｍ以下であってよい。静脈などの皮下組織の解像などの困難な用途では、コリメート光源またはレーザ光源の場合、近接とは０．５ｍｍ以下を指してよい。

光容量センサは、パッシブセンサ及び／またはパッシブセンシング層の一部として実装することができる。光容量センサは、アクティブセンサ及び／またはアクティブセンシング層の一部として実装することができる。光容量センサは、ボタン、タッチパッド、タッチパネル、タッチスクリーンディスプレイなどの一部として実装することができる。

光容量センサは、入力面が、水、または光源（複数可）によって放射された波長で透過性があり、光コンデンサ（複数可）が感知できる任意の他の流体によって濡れている、及び／またはそれらに沈んでいる場合、動作可能であってよい。

１つまたは複数の光源は、指向性であってよく、入力面に向かって光を放射することができる。１つまたは複数の光源は、光コンデンサのアレイと入力面との間に配置することができる。

光コンデンサのアレイは、１つまたは複数の光源と入力面との間に配置することができる。光容量センサはまた、１つまたは複数の光源と光コンデンサのアレイとの間に配置された光減衰層を含み得る。光減衰層は、光コンデンサが感知する波長範囲内の１つまたは複数の光源による直接照射から光コンデンサを遮蔽するように構成することができる。

光減衰層はパターニングされてよい。光減衰層は不透明であってよく、実質的にまたは完全に光を遮断することができる。光減衰層は、選択的に光を遮断することができ、波長範囲内の光を遮断するように構成されたフィルタの形をとってよい。光減衰層は、偏光子の形をとってよい。

１つまたは複数の光源は、１つまたは複数の赤外線エミッタを含み得る。赤外線エミッタは、発光ダイオードを含み得る、または発光ダイオードの形をとってよい。赤外線エミッタは、８００ｎｍと２，５００ｎｍの間の（及び、それを含む）の範囲のピーク発光に対応し得る。

１つまたは複数の光源は、赤、緑、及び青のエミッタから選択される１つまたは複数のエミッタを含み得る。赤色エミッタは、発光ダイオードを含み得る、または発光ダイオードの形をとってよい。赤色エミッタは、７００ｎｍと６３５ｎｍの間の（及び、それを含む）範囲のピーク発光に対応し得る。

光コンデンサのアレイは、第１の方向に延在し、第２の異なる方向に離間された幾つかの第１の電極を含み得る。光コンデンサのアレイは、第２の方向に延在し、第１の方向に離間した幾つかの第２の電極を含み得る。光コンデンサのアレイは、第１の電極と第２の電極との各交点がアレイの光コンデンサを提供するように、第１の電極と第２の電極との間に配置された光容量性材料の層を含み得る。

光コンデンサのアレイは、第１の方向に延在し、第２の異なる方向に離間された幾つかの第１の電極を含み得る。光コンデンサのアレイは、第２の方向に延在し、第１の方向に離間された複数の第２の電極を含み得る。複数の第１の電極及び複数の第２の電極は、実質的に同一平面上にあってよく、第１の電極と第２の電極との各交点がアレイの光コンデンサを提供するように、光容量性材料層上に、または光容量性材料層より上に配置されてよい。

光コンデンサのアレイは、順番に、第１の方向に延在し、第２の異なる方向に離間された幾つかの第１の電極、誘電体層、第２の方向に延在し、第１の方向に離間された幾つかの第２の電極、及び光容量性材料の層を含み得る。光コンデンサのアレイは、順番に、光容量性材料の層、第１の方向に延在し、第２の異なる方向に離間された幾つかの第１の電極、誘電体層、及び第２の方向に延在し、第１の方向に離間された幾つかの第２の電極を含み得る。

光コンデンサのアレイは、第１の方向に延在し、第２の異なる方向に離間された幾つかの第１の電極を含み得る。光コンデンサのアレイは、第２の方向に延在し、第１の方向に離間された複数の第２の電極を含み得る。複数の第１の電極及び複数の第２の電極は、実質的に同一平面上にあってよく、光容量性材料の層は、第１及び第２の電極と実質的に同一平面上にあってよく、第１の電極と第２の電極を分離するギャップに配置されてよい。

光容量センサはまた、投影型静電容量測定のための１つまたは複数の導電性トレースを含み得る。

ディスプレイ画面は、カバーレンズとディスプレイ積層体を含み得る。ディスプレイ積層体は、第１の態様による光容量センサを含み得る。カバーレンズは、入力面を提供することができる。

ディスプレイ積層体は、バックライト層を含み得る。バックライト層は、１つまたは複数の光源を提供することができる、またはバックライト層は、１つまたは複数の光源を含み得る。バックライト層は、１つまたは複数の光源と１つまたは複数の追加の発光体とを含み得る。バックライト層は、１つまたは複数の光源から構成することができる。

ディスプレイ積層体は、発光ダイオードのアレイの形の画素層を含み得る。発光ダイオードのアレイは、１つまたは複数の光源を提供することができる、または発光ダイオードのアレイは、１つまたは複数の光源を含み得る。画素層は、１つまたは複数の光源と１つまたは複数の追加の発光体とを含み得る。画素層は、１つまたは複数の光源から構成することができる。

ディスプレイ積層体は、薄膜トランジスタ層を含み得る。薄膜トランジスタ層は光コンデンサのアレイを提供することができる、または薄膜トランジスタ層は光コンデンサのアレイを含む。光容量センサは、薄膜トランジスタ層の一部として実装することができる。光容量センサは、ゲートと接続されたソース及びドレインとの間にコンデンサを形成するために、短絡されたソース及びドレインを有する薄膜トランジスタの形をとってよい。

ディスプレイ積層体は、薄膜トランジスタ層及び別個の光コンデンサ層を含み得る。別個の光コンデンサ層は、光コンデンサのアレイを提供及び／または画定することができる。

ディスプレイ積層体は、表示領域を有し得る。入力面の（照射された）部分は、表示領域の第１の領域に対応し得る。

ディスプレイ画面はまた、第１の態様による第２の光容量センサを含み得る。第２の光容量センサは、表示領域の第１の領域とは異なる第２の領域に対応する入力面の部分に関連付けられてよい。

ディスプレイ積層体は表示領域を有し、入力面の（照射された）部分は実質的に表示領域に対応し得る。入力面の（照射された）部分は、それが表示領域の９０％以上に対応する場合、実質的に表示領域に対応し得る。

ディスプレイ積層体は、投影型静電容量式タッチセンシング用の導電性トレースを含み得る。

アクセス制御デバイスは、光容量センサまたはディスプレイ画面を含み得る。

アクセス制御デバイスは、例えば、プリンタ、医療装置、ドア、エレベータ（リフト）制御盤、自動車、オートバイ、自転車、ならびに、ブルドーザ、バックホー、掘削機などの建築設備や、航空機、軍用設備等の機器の作動に使用することができる。アクセス制御デバイスは、例えば、薬品キャビネット、産科及び出産ユニットなどの病棟、ホテルの客室ドア、ホテルの裏口のドア、またはアクセスを制御したいその他の任意の部屋もしくは空間などの機器の作動に使用することができる。

装置は、前述の光容量センサ、ディスプレイ画面、及び／またはアクセス制御デバイスを含み得る。装置はまた、光容量センサに接続され、光コンデンサのアレイの容量を測定するように構成されたコントローラを含み得る。

コントローラは、光コンデンサのアレイの容量の光容量成分を測定するようにさらに構成することができる。

コントローラは、光容量成分の測定が、光コンデンサのアレイの少なくともサブセットの容量を測定することを含むように構成することができる。光容量成分を測定することはまた、光コンデンサのアレイのサブセットの容量に基づいて相互作用領域を決定することを含み得る。

光容量成分を測定することは、相互作用領域に対応する各光源を停止し、相互作用領域に対応する各光コンデンサの投影型静電容量成分を測定することも含み得る。光容量成分を測定することはまた、相互作用領域に対応する光源の少なくともサブセットを作動させることを含み得る。光容量成分を測定することはまた、相互作用領域に対応する各光コンデンサの総容量を測定することを含み得る。光容量成分を測定することはまた、総容量と各投影型静電容量成分との差に基づいて、相互作用領域に対応する光容量成分を決定することを含み得る。

光コンデンサのアレイのサブセットは、光コンデンサのすべてを含み得る。光源のサブセットは、光源のすべてを含み得る。光源のサブセットは、特定の色のすべての光源を含み得る。例えば、ディスプレイは赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の画素を含んでよく、すべての画素を非アクティブにして投影型静電容量成分を測定し、続いて、総容量の測定のために赤色（Ｒ）光源のみを作動させてよい。他の例では、ディスプレイはまた、ディスプレイ表面の少なくとも一部にわたってＩＲ光源を含んでよく、ＩＲ光源のみが、光容量成分を決定する目的で再度作動されてよい。

光源を停止及び作動させるプロセスは、例えば平均化によって光容量成分を洗練するために任意の回数、繰り返すことができる。光源が２色以上の色を含む場合、光源を停止及び作動させるプロセスを１回または複数回繰り返して、総容量の測定ごとに１色の光源のみを作動させることができる。このようにして、利用可能な光源の異なる色ごとに光容量成分を独立して取得することができる。

光コンデンサのアレイは、前述のように、複数の第１の電極と複数の第２の電極との間の交点の形をとってよい。そのような場合、コントローラは、送信機出力を使用して第１の電極を駆動し、受信機入力を使用して第２の電極を監視することができる。各送信機出力は、異なる周波数を有する駆動信号を提供することができる。

コントローラは、第１の電極の数よりも少ない数の送信機出力を有してよく、各送信機出力は、それぞれのマルチプレクサを介して２つ以上の第１の電極に接続されてよい。マルチプレクサからの出力は、光容量センサ内で空間的にグループ化された第１の電極のサブセットに接続されてよい。換言すれば、各送信機出力は、第１の電極のサブセットに対応する光容量センサの特定のストライプまたはストリップに対応する第１の電極に多重化されてよい。あるいは、２つ以上のマルチプレクサからの出力は、第１の電極の１つまたは複数の空間的にグループ化されたサブセット内で、各第１の電極がそれぞれのマルチプレクサを介して異なる送信機出力に接続可能であるようにインターリーブされてよい。この後者のオプションによって、第１の電極のサブセットに対応する光容量センサの特定のストライプまたはストリップ内のすべての第１の電極が同時に測定のために駆動されることを可能にすることができる。

コントローラは、第２の電極の数よりも少ない数の受信機入力を有する場合があり、受信機入力は、送信機出力及び第１の電極に関して記載した任意の方法で第２の電極に多重化されてよい。

装置は、ディスプレイ画面を含んでよく、ディスプレイ積層体は、投影型静電容量式タッチセンシング用の導電性トレースと、スイッチネットワークを介して投影型静電容量式タッチセンシング用の導電性トレース及び光容量センサに接続されたコントローラとを含む。コントローラは、スイッチネットワークを使用して、導電性トレースからの投影型静電容量の測定値と、光容量センサからの光容量の測定値とを時分割多重化するように構成することができる。

装置は、ディスプレイ画面を含んでよく、ディスプレイ積層体は、投影型静電容量式タッチセンシング用の導電性トレースと、光容量センサに接続され、光コンデンサのアレイの光容量を測定するように構成されたコントローラと、導電性トレースに接続され、導電性トレースを使用して投影型静電容量式タッチセンシング用に構成された専用タッチコントローラとを含む。

装置は、投影型静電容量測定値を使用してユーザ相互作用を検出することに応答して、ユーザ相互作用が入力面と接触しているユーザの手の全部または一部に対応するかどうかを判断するように構成することができる。装置は、ユーザ相互作用がユーザの手の全部または一部に対応すると判断することに応答して、１つまたは複数の指紋領域を決定するように構成することができる。装置は、１つまたは複数の指紋領域を決定することに応答して、各指紋領域に対応する光容量を測定するように構成することができる。

コントローラは、入力面より上にまたは入力面に接触した物体が無い状態で１つまたは複数の光源が照射されるとき、光コンデンサのアレイの測定された容量に対応する基準フレームを記憶することができる。コントローラは、光容量のアレイから測定された容量から基準フレームを減算するようにさらに構成することができる。

コントローラは、１つまたは複数の光源からの発光を制御するようにさらに構成することができる。あるいは、第２のコントローラは、１つまたは複数の光源からの発光を制御するように構成することができる。

装置は、投影型静電容量を使用してタッチを検出することに応答して、コントローラが光コンデンサのアレイの容量を測定するようにさらに構成するこすることができる。

装置はまた、投影型静電容量を使用してタッチを検出することに応答して、コントローラまたは第２のコントローラが１つまたは複数の光源を照射させ、コントローラが光コンデンサのアレイの容量を測定するように構成することができる。

１つまたは複数の光源は、１つまたは複数の赤外光源と１つまたは複数の赤色光源とを含み得る。コントローラまたは第２のコントローラは、赤外光源を照射させ、光コンデンサのアレイから容量の第１のセットを測定するように構成することができる。コントローラまたは第２のコントローラはまた、赤色光源を照射させ、光コンデンサのアレイから容量の第２のセットを測定するように構成することができる。コントローラは、容量の第１のセット及び容量の第２のセットを比較して、入力面より上のまたは入力面に接触している物体が人間の皮膚に対応するかどうかを判断するように構成することができる。

コントローラは、赤外光と赤色光の反射の違いが酸素を含む人間の組織と一致するかどうかを検出することによって、入力面より上のまたは入力面に接触している物体が人間の皮膚に対応するかどうかを判断するように構成することができる。このようにして、指紋の複製を使用するセンサのスプーフィングを検出し、防止することができる。

コントローラは、１つまたは複数の赤外光源及び光容量センサを制御して、物体に含まれる１つまたは複数の静脈を検出及び／または画像化するようにさらに構成することができる。

装置は、アレイを使用して測定された容量のパターンを、１つまたは複数の認められたパターンのセットと比較するように構成することができる。装置はまた、アレイを使用して測定された容量のパターンが１つまたは複数の認められたパターンのうちのある認められたパターンと一致することに応答して、信号を出力するように構成することができる。

１つまたは複数の認められたパターンのセットに対する容量のパターンの比較は、測定された容量のパターンが最小面積を超える相互作用領域に対応することが条件であってよい。相互作用領域のサイズは、光容量センサから得られる光容量測定値、及び／または光容量センサ及び／または導電性トレースから得られる投影型静電容量測定値に基づいて決定されてよい。

この条件により、比較が最小面積に基づいていることを保証することができ、これは、誤った一致を減らし、セキュリティを向上させるのに役立ち得る。装置がディスプレイを含み、相互作用領域が比較のために不十分である場合、より完全な測定を可能にするために指（または手のひらなど）を再度置くようにユーザに通知するメッセージを表示するようにディスプレイを制御することができる。

信号は、例えば、プリンタ、医療装置、ドア、エレベータ（リフト）制御盤、自動車、オートバイ、自転車、ならびに、ブルドーザ、バックホー、掘削機などの建築設備や、航空機、軍用設備などの機器を作動させることができる。信号は、例えば、薬品キャビネット、産科及び出産ユニットなどの病棟、ホテルの客室ドア、ホテルの裏口のドア、またはアクセスを制御したい任意の他の部屋もしくは空間などの機器を作動させることができる。

本発明の第２の態様によれば、光容量センサ、ディスプレイ画面、アクセス制御デバイス、及び／または装置を使用する方法であって、光コンデンサのアレイの容量を測定することを含む方法が提供される。

方法は、光容量センサ、ディスプレイ画面、アクセス制御デバイス、及び／または装置の任意の特徴に対応する特徴を含み得る。

方法はまた、入力面より上にまたは入力面に接触した物体が無い状態で１つまたは複数の光源が照射されるとき、光コンデンサのアレイの測定された容量に対応する基準フレームを読み出しまたは取得することを含むことができる。方法はまた、光容量のアレイを使用して測定された容量から基準フレームを減算することを含み得る。

方法はまた、アレイを使用して測定された容量のパターンを、１つまたは複数の認められたパターンのセットと比較することを含み得る。方法はまた、アレイを使用して測定された容量のパターンが１つまたは複数の認められたパターンのうちのある認められたパターンと一致することに応答して、信号を出力することを含み得る。

本発明の第３の態様によれば、入力面と、入力面を透過する光源からの光を受け取るように配置された光コンデンサのアレイとを含む光容量センサが提供される。光コンデンサのアレイは、レーザ点スポットを検出するように構成される。

レーザ点スポットを検出するように構成された光コンデンサのアレイの構成は、１ｍｍから５ｍｍの間（及びそれを含む）のアレイとの間隔に対応し得る。

第３の態様の光容量センサは、第１の態様による光容量センサ、ディスプレイ画面及び／または装置、及び／または第２の態様による方法の任意の特徴に対応する特徴を含み得る。

本発明の第４の態様によれば、入力面を含むシステムが提供される。システムはまた、入力面の一部を照射するように配置された１つまたは複数の光源を含む。システムはまた、入力面の照射部分と接触または近接する物体から反射される１つまたは複数の光源からの光を受け取るように配置された光コンデンサのアレイを含む。システムはまた、光コンデンサのアレイを使用した投影型静電容量スキャンに基づいて１つまたは複数のタッチを検出するように構成されたコントローラを含む。コントローラはまた、光コンデンサのアレイを使用して取得された光容量測定値に基づいて、１つまたは複数のタッチのうちの少なくとも１つに対応する指紋パターンを取得するように構成される。

第４の態様のシステムは、第１の態様による光容量センサ、ディスプレイ画面及び／または装置、及び／または第２の態様による方法の任意の特徴に対応する特徴を含み得る。

システムはまた、ディスプレイを含んでよく、システムはタッチスクリーンシステムであってよい。

１つまたは複数の光源は、１つまたは複数の赤外光源を含んでよい、またはその形をとってよい。コントローラは、対応する光容量の測定中に赤外光源のうちの少なくとも１つをパルスするように構成することができる。赤外光源は、近赤外光源であってよい。「ストローブ」という用語が、「パルス」という用語の代わりに使用されてもよい。

本発明の特定の実施形態を、添付の図面を参照して、例としてここに記載する。

光コンデンサを概略的に示す図である。 メッシュ電極の概略平面図である。 フレーム電極の概略平面図である。 櫛型電極の概略平面図である。 蛇行電極の概略平面図である。 ナノワイヤマット電極の概略平面図である。 ピラー構造電極の概略平面図である。 透明電極の概略平面図である。 不透明電極の概略平面図である。 多孔性電極の概略平面図である。 第１の光容量センサを概略的に示す図である。 第１の光容量センサに関連するアクティブセンシング層を概略的に示す図である。 第２の光容量センサを概略的に示す図である。 第１のディスプレイ下積層体の概略断面図である。 第２のディスプレイ下積層体の概略断面図である。 第１のオンセル積層体の概略断面図である。 第２のオンセル積層体の概略断面図である。 第１のインセル積層体の概略断面図である。 第２のインセル積層体の概略断面図である。 第３のオンセル積層体の概略断面図である。 第４のオンセル積層体の概略断面図である。 第１の表示レイアウトの概略平面図である。 第２の表示レイアウトの概略平面図である。 第３の表示レイアウトの概略平面図である。 第４の表示レイアウトの概略平面図である。 図１１の第２のインセル積層体の特定の例の概略断面図である。 図１８に示す薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）集積光コンデンサの概略断面図である。 光容量センシングのためのシステムを概略的に示す図である。 投影型静電容量及び光容量の別個の読み出し構成を概略的に示す図である。 投影型静電容量及び光容量の時分割多重化された読み出し構成を概略的に示す図である。 図２２Ａに示す時分割多重読み出し構成のタイミングを概略的に示す図である。 投影型静電容量及び光容量の組み合わされた読み出し構成を概略的に示す図である。 第３の光容量センサの概略断面図である。 第３の光容量センサの電極の概略平面図である。 第３の光容量センサの電極間の電気力線を概略的に示す図である。 第３の光容量センサの変更形態の電極間の電気力線を概略的に示す図である。 図２３に示す組み合わされた読み出し構成の相互作用領域、暗領域、及び測定領域を概略的に示す図である。 図２３に示す組み合わされた読み出し構成のタイミングを概略的に示す図である。 Ａ及びＢは、図２９に示す異なる期間中に取得された測定値を概略的に示す図である。 図２３に示す組み合わされた読み出し構成を実装するための第１のアドレス指定方式を概略的に示す図である。 図２３に示す組み合わされた読み出し構成を実装するための第２のアドレス指定方式を概略的に示す図である。 Ａ～Ｄは、手／手のひら全体の投影型静電容量センシング、及び光容量センシングのための対応する測定領域を概略的に示す図である。 Ａ及びＢは、異なる力が加えられたユーザタッチに対応する関連領域を概略的に示す図である。 Ａ及びＢは、異なる力が加えられたユーザタッチに対応する関連領域を概略的に示す図である。 Ａ及びＢは、異なる力が加えられたユーザタッチに対応する関連領域を概略的に示す図である。 第４の光容量センサを含むプレゼンテーションシステムを概略的に示す図である。

以下の説明では、類似の部分は、類似の参照番号で示される。

スマートフォン、タブレット、及び他のデバイスへの迅速なアクセスを提供するなど、様々な目的で生体認証の使用が増加している。生体認証は、例えば金融取引の認証など、ソフトウェアアプリケーション内で使用することもできる。生体認証の他の用途については、以下に記載する。

１つの既存の技術は、例えばユーザの指からの可視光反射と、その後の光検出器アレイを使用した指紋の検出に基づいている。指紋センサは、多くの場合、ディスプレイとは別のボタンにまたはボタンの下に設けられている。例えば、表示領域を犠牲にすることなく指紋バイオメトリクスの使用を可能にするために、ディスプレイと同じ領域内に指紋センサを配置できれば、望ましい。

本明細書は、以下に記載する他の用途の中でも特に、ユーザ／アプリケーション認証などのための統合されたディスプレイ内指紋リーダを提供するために使用できる光容量センサに関する。光検出器（例えば、フォトダイオード）に基づく先行技術のアプローチとは対照的に、本明細書は、入力面（例えば、電話画面）の近くにまたは接触して置かれたパターン（例えば、指紋）から反射された光を検出することができる光コンデンサのアレイを使用することを提案する。光コンデンサを使用すると、ディスプレイ内にパターンセンサを配置する際の柔軟性を高めることができる。例えば、一部の例では、指からの赤外赤色（ＩＲ）反射を使用することができ、これはその後、光コンデンサアレイによって検出される。これは、ディスプレイモジュールで使用されるほとんどの材料のＩＲ吸収が制限または低減されているという点で有利であり、ディスプレイ積層体内の様々な高さでの光コンデンサアレイの配置を可能にする。

本明細書による光容量センサの空間分解能は、読み取ろうとする反射パターンのタイプに応じて調整することができる。例えば、一体化されたディスプレイ内アレイを使用して指紋を検出するために、光コンデンサは、すべての（ＲＧＢ）画素またはすべてのＲ、Ｇ、Ｂサブ画素に配置することができる。高解像度ディスプレイの場合、読み取ろうとするパターンの空間スケールによって必要な解像度が決まるため、ｎ番目ごとの画素（ｎは正の整数）で十分な場合がある。

本明細書による光容量センサは、静電容量式タッチセンシングと組み合わせて（または静電容量式タッチセンシングと統合して）使用することができる。光コンデンサの位置に関して柔軟性を増し得る要因は、静電容量式タッチと光容量が２つの異なる相互作用モードであるため、これらの非同時に読み出すことである。

他のデバイスの中でも特に、本明細書による光容量センサは、いわゆる「インセル」、「オンセル」、「ハイブリッドインセル」ソリューション、及び／またはそれらの将来の変形形態など、組み込みタッチソリューションを使用する現在のディスプレイアーキテクチャに埋め込むことができる。

光容量
図１を参照すると、光コンデンサ１が示されている。

光コンデンサ１は、第１の電極３と第２の電極４との間に光容量性材料層２を含む。光容量性材料２は、光容量効果を示す材料である。理論に縛られることは望まないが、光容量効果の簡単な説明は、本明細書の理解を助けると思われる。

光容量は、光にさらされたときの材料２の荷電状態の変化を表す。この荷電状態の変化は、いわゆる幾何学的容量とは異なる。幾何学的容量は、材料に固有であり、暗容量と見なすことができる。

光容量は、キャリアトラップが支配的な不規則な材料で観察される場合がある。照明の存在下で価電子帯から伝導帯への移動が起こり、（それによって利用可能な光電流が生成される）結晶（または規則的な材料）とは異なり、不規則な材料では、照明（波長／エネルギーに依存）が、価電子帯状態から局在トラップ状態への電子の移動を誘発する可能性がある。これらの電子はトラップされたままになり、ある時点で価電子帯に戻る。この期間中、トラップされた状態でのキャリアの不動性によって光電流は無いが、容量の変化があり、容量の変化は、照明を検出する手段として利用することができる。

入射放射線の波長またはエネルギーは、光容量を発生させる電子の移動動力学において重要な役割を果たす。不規則な材料では、局所的で深い欠陥状態がバンドギャップエネルギー内に分布する場合がある。例えば、ａ－Ｓｉ：Ｈのバンドギャップは１．７ｅＶであるが、アモルファス酸化物半導体（ＡＯＳ）は３ｅＶを超える場合がある。バンドギャップエネルギーよりも小さいエネルギーの光子が不規則な半導体に入射すると、拡張（価電子帯または伝導帯）状態からの電子または正孔が励起されて、深い欠陥状態またはテール状態を埋める場合があり、これは、材料の荷電状態と内部電界分布を変化させる電荷トラップのプロセスを規定する。前述のように、これらのトラップされた電荷は固定されているため、光電流には寄与せずに、代わりに次のように表すことができる光容量に寄与する。
ここで、Ｖは、光コンデンサ、例えば、光コンデンサ１の電極間に印加される電位、Ｑ_{ｔｏｔａｌ}は全電荷、Ｑ_ｔｒａｐはトラップ状態に関連する電荷、Ｑ_{Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ}は電極、例えば第１の電極３及び第２の電極４上の電荷である。結果として、総容量Ｃ_{ｔｏｔａｌ}は、トラップ状態による光容量Ｃ_{ｐｈｏｔｏ}と、電極の空間的分離と形状から生じる暗（または幾何学的）容量Ｃ_ｄａｒｋの合計であると見なすことができる。

追加容量Ｃ_{ｐｈｏｔｏ}は、例えば、パッシブコンデンサ（光コンデンサ１）、トランジスタ、ダイオード、または例えばタッチパネル業界で配備されているものから適合された任意の他の適切な回路の形のデバイス構成など、様々な方法で測定することができる。実装アーキテクチャの例を以下に説明する。

周波数応答に関しては、有用な信号（つまり、Ｃ_{ｐｈｏｔｏ}）は、低周波数、例えば数百Ｈｚで取得することができ、この周波数は、静電放電、電源ノイズ、または任意の他の形態の低周波ノイズによって誘導されるノイズが存在し得る周波数範囲よりも十分に高い。周波数が増加すると、例えば数ｋＨｚを超えると、トラップ放出プロセスが消失するため、追加の容量Ｃ_{ｐｈｏｔｏ}の測定が困難になるか、完全に消失する場合がある。

材料の考慮事項
光容量センサの光容量性層２としての使用を考慮し得る、フラットパネル産業で使用される不規則な材料がいくつかある。適切な材料には、パッシブ透明導電体として使用されるインジウムスズ酸化物は含まれない。

不規則な材料は、多くの場合、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の活性層として使用される。例えば、水素化アモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ：Ｈ）（本明細書で、例として使用する）に続いて、様々な有機半導体、より最近では、アモルファス半導体酸化物、例えばインジウム－ガリウム－亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ）が使用される。

例えば、ａ－Ｓｉ：Ｈは、太陽電池や可視光検出用のフォトダイオードで広く使用されており、アクティブマトリックス液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、またはアクティブマトリックス有機発光ダイオード（ＡＭＯＬＥＤ）ディスプレイの基礎を形成する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）スイッチで使用される従来の材料である。特に、ａ－Ｓｉ：Ｈ材料は非常に不規則であり、分布トラップ状態の濃度が高くなる。実際、通常、アモルファス酸化物半導体（ＡＯＳ）よりも３～４桁高くなる。ただし、ａ－Ｓｉ：Ｈは、よりバンドギャップの低い材料であり、可視光放射（吸収は主に緑色でピークに達する）及びより低いエネルギーを構成する近赤外線を良好に吸収する。対照的に、ＡＯＳ対応物は高バンドギャップ材料であり、一般に可視光に対して透過性があるが（吸収は濃い青色とＵＶでピークに達する）、近赤外線では吸収を示し、やや弱いものの、光容量応答には十分である。

材料が可視光で照らされたときの光電流の生成に依存する光検出器（例えば、フォトダイオード）やフォトトランジスタの動作原理とは対照的に、低エネルギー（長波長）放射に対する材料の応答は光電流によるものではなく、光容量により、電荷をトラップする代わりに（電荷トラップ）、不規則な性質がトラップ状態を生じさせ、低エネルギー放射でさえも十分に吸収する。電荷トラップの解放プロセスは、容量の測定に使用される刺激信号の周波数、例えば最大、数ｋＨｚを受け入れることができる。

光コンデンサの電極
光コンデンサ１を形成するために使用される第１の電極３及び第２の電極４は、少なくともいくらかの入射光が光容量性層２に到達することを可能にすることを条件として、特に限定されない。

例えば、図２Ａ～２Ｉも参照すると、様々な可能な電極タイプが示されている。

特に図２Ａを参照すると、メッシュ電極５が示されている。

メッシュ電極５は、例えば、水平線及び垂直線で形成された導電性グリッド６の形をとり、光が光容量性層２に通過できるギャップ７のアレイを残す。導電性グリッド６は、金属、またはグリッド６を形成するように処理され得る任意の他の導電性材料から形成することができる。第１の電極３及び第２の電極４のいずれかまたは両方は、メッシュ電極５の形をとってよい。

特に図２Ｂを参照すると、フレーム電極８が示されている。

フレーム電極８は、光コンデンサ１の周囲に沿った導電性ストリップ９の形をとり、光が光容量性層２に通過できる開口部１０を残す。導電性ストリップ９は、金属、またはストリップ９を形成するように処理され得る任意の他の導電性材料から形成することができる。第１の電極３及び第２の電極４のいずれかまたは両方は、フレーム電極８の形をとってよい。

特に図２Ｃを参照すると、櫛型電極１１が示されている。

櫛型電極１１は、第２の導体１３の細長い領域と噛み合って蛇行ギャップ１４を残す細長い領域を有する第１の導体１２の形をとる。導体１２、１３は、金属、または導体１２、１３を形成するために処理され得る任意の他の導電性材料から形成することができる。第１の導体１２及び第２の導体１３は、互いに接続されて、第１の電極３または第２の電極４を形成することができる。

あるいは、第１の導体１２が第１の電極３を提供し、第２の導体１３が第２の電極４を提供し、光容量性材料２が蛇行ギャップ１４を埋めて、層構造の光コンデンサ１ではなく平面構造を有する光コンデンサを形成することができる。

特に図２Ｄを参照すると、蛇行電極１５が示されている。

蛇行電極１５は、蛇行経路をたどる導電性トラック１６の形をとり、導電性トラック１６の平行のセクション間に開口部１７を残し、その開口部を通って、光が光容量性層２に通過することができる。導電性トラック１６は、金属、または導電性トラック１６を形成するために処理され得る任意の他の導電性材料から形成することができる。第１の電極３及び第２の電極４のいずれかまたは両方は、蛇行電極１５の形をとってよい。

特に図２Ｅを参照すると、ナノワイヤマット電極１８が示されている。

ナノワイヤマット電極１８は、導電性ナノワイヤ１９のマットの形をとり、ナノワイヤマット電極１８に導電性を提供するのに十分な密度であるが、光容量性層２に光が達するのを遮るほどの密度及び／または厚さではない。導電性ナノワイヤ１９は、金属ナノワイヤ、カーボンナノチューブ（単層または多層）、または任意の他の適切な導電性ナノワイヤであってよい。第１の電極３及び第２の電極４のいずれかまたは両方は、ナノワイヤマット電極１８の形をとってよい。

特に図２Ｆを参照すると、ピラー構造の電極２０が示されている。

ピラー構造電極２０は、ロッド／カラム／ピラー２１の規則的または不規則なアレイにパターニングされた透明な導電性材料の形をとる。例えばインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）などの任意の透明導電性材料を使用することができる。第１の電極３及び第２の電極４のいずれかまたは両方は、ピラー構造電極２０の形をとってよい。第１の電極３及び第２の電極４のピラー２１が互いに貫入するように互いに向かって延びる場合、容量を増加させることができる。

特に図２Ｇを参照すると、透明電極２２が示されている。

透明電極２２は、透明導電材料、例えばＩＴＯの連続領域２３の形をとる。第１の電極３及び第２の電極４のいずれかまたは両方は、透明電極２２の形をとってよい。

特に図２Ｈを参照すると、不透明電極２４が示されている。

不透明電極２４は、不透明導電材料、例えば金属層の連続領域２５の形をとる。一部の例では、第１の電極３及び第２の電極４のいずれでも測定されるパターンから離れている方が不透明な電極の形をとってよく、対の他の電極は光が光容量性材料２まで到達することを可能にする電極の形をとる。あるいは、不透明電極２４は、一部の光が光容量性材料２まで透過されるように非常に薄くてよい。

特に図２Ｉを参照すると、多孔性電極２６が示されている。

多孔性電極２６は、光容量性層２に光が通過できる面積分率の空隙２８を含む多孔性導電層２７の形をとる。多孔性導電層２７は、金属、または多孔性導電層２７を形成するために処理され得る任意の他の導電性材料から形成することができる。第１の電極３及び第２の電極４のいずれかまたは両方は、多孔性電極２６の形をとってよい。

光容量センサ
図３も参照すると、光容量センサ２９が示されている。

光容量センサ２９は、入力面３０、１つまたは複数の光源３１、及び光コンデンサ３２のアレイ３６（図４）を含む。入力面３０は、例えば、ガラス、またはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）もしくはポリカーボネート（ＰＣ）などの透明プラスチックから形成された透明層３３によって提供される。入力面３０は、光源（複数可）３１とは反対側に面する透明層３３の面であり、透明層３３は、光源（複数可）３１に面する第２の面３４を有する。１つまたは複数の光源３１は、放射光３７で入力面３３の部分３５（図１４）を（すなわち、透明層３３を通して）照射するように配置される。

図４も参照すると、光コンデンサ３２は、アレイ３６、例えば、図４に示される二次元デカルトアレイに配置される。アレイ３６は、Ｎ行及びＭ列の光コンデンサ３２を含んでよく、Ｎ及びＭはそれぞれ２以上の整数であり、Ｎ及びＭは等しくても異なっていてもよい。Ｎ行のｎ番目、及びＭ列のｍ番目に対応する光コンデンサ３２の容量をＣ_ｎｍとする。別段の指定がない限り、光コンデンサ３２への参照、Ｃ_ｎｍは、幾何学的寄与Ｃ_ｄａｒｋではなく、光容量寄与Ｃ_{ｐｈｏｔｏ}を指すと見なされるべきである。幾何学的寄与Ｃ_ｄａｒｋは、光容量センサ２９の較正中にわずかな違いが考慮されるが、すべての光コンデンサ３２で同じであると想定される。光コンデンサ３２のアレイ３６は、入力面３０の照射部分３５（図１４）と接触または近接する物体３９からの放射光３７の反射に対応する反射光３８を受け取るように配置される。光コンデンサ３２のアレイ３６は、物体３９の反射パターンを検出するように構成される。

図３では、反射パターンは、例えば指紋（親指の指紋を含む）に対応する皮膚隆線として示されている。これは、物体３９の表面のレリーフ（高さ）によって形成された反射パターンの例である。しかしながら、光容量センサ２９を使用して検出するための反射パターンは、物体３９の表面のレリーフによって生成される反射パターンに限定されない。一般に、光容量センサ２９は、空間的に変化する反射率のパターンを生成できる物体３９のアルベドパターン、カラーパターン、または任意の他のパターンの形で反射パターンを検出するために採用することができる。特に、人間の皮膚隆線の検出は、指紋（親指の指紋を含む）に限定されず、掌紋、または皮膚の隆線と谷の特徴的なパターンを有する体の任意の他の部分にも適用することができる。

アレイ３６内の光コンデンサ３２のピッチ（または間隔）は、測定したい物体３９の反射パターンを解像するのに十分な空間分解能を提供するように構成されるべきである。図３及び図４に示される指紋測定の例では、光コンデンサ３２の行及び列の間隔は、指紋を形成する皮膚隆線などの人間の皮膚隆線を検出できるように十分に小さくなければならない。しかし、一般に、アレイ３６を形成する光コンデンサ３２間のピッチまたは間隔は、所望の用途に合わせて調整することができ、１ｍｍ未満、０．５ｍｍ未満、関連するディスプレイ画面の画素の間隔に等しくするなど、であってよい。

各光コンデンサ３２は、前述のように光容量性材料層２を含み、光コンデンサ１の構造を有し得る。あるいは、以下にさらに記載するように、各光コンデンサ３２は、ソース電極とドレイン電極が短絡している以外は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と類似の構造を有し得る（図１９）。各光コンデンサ３２の光容量性材料層２は、サブギャップ光子エネルギーを吸収することができる材料のバンドギャップにトラップ状態を含むように、不規則な結晶性または多結晶性材料を含み得る、またはそれらから形成することができる。各光コンデンサ３２の光容量性材料層２は、アモルファスシリコン、アモルファス半導体酸化物、有機材料などのうちの１つまたは複数を含み得る、またはそれらから形成することができる。

光容量センサ２９は、パッシブセンサ及び／またはパッシブセンシング層の一部（図示せず）として実装されてよい。図４に示す例では、光容量センサ１は、アクティブセンシング層４０の一部として実装される。

アクティブセンシング層４０は、数Ｍの送信線４１を含み、各送信線は、各信号源４２に接続される。アクティブセンシング層４０はまた、数Ｎの受信線４３を含み、各受信線は、各検出器回路４４に接続される。光コンデンサ３２Ｃ_ｎｍは、Ｍ本の送信線４１のｍ番目をＮ本の受信線４３のｎ番目に接続する。使用中、アレイ３６は、時変信号で送信線４１を一度に１つずつ励起し、接続された光コンデンサ３２の容量Ｃ_ｍｎを各検出器回路４４を使用して受信線４３から検出しながら、スキャンされる。検出は、各光コンデンサ３２によって蓄えられた電荷、送信線４１と受信線４３との間の時変信号の位相差、または容量測定のための当技術分野で既知の他の技術に基づいてよい。例えば、ｍ番目の送信線４１が時変信号で励起される場合、光容量３２Ｃ_ｍ１、Ｃ_ｍ２、・・・、Ｃ_ｍＮが測定され、その後、ｍ＋１番目の送信線の励起によって、光コンデンサ３２の次のセットを測定する。

他の例では、単一の信号源４２が、マルチプレクサ（図示せず）を使用して送信線４１のそれぞれに接続されてもよく、またはＭよりも少ない数の信号源４２が、対応する数のマルチプレクサ（図示せず）を使用して送信線４１のグループに接続されてもよい。一部の例では、単一の検出器回路４４が、マルチプレクサ（図示せず）を使用して受信線４３のそれぞれに接続されてもよく、またはＭよりも少ない数の検出器回路４４が、対応する数のマルチプレクサ（図示せず）を使用して受信線４３のグループに接続されてよい。

図３に示す光容量センサ２９の例では、光コンデンサ３２のアレイ３６は、１つまたは複数の光源３１と入力面３０との間に配置される。その結果、反射光３８に加えて、放射光３７が光コンデンサ３２に衝突し得る。これを軽減し、監視された光容量Ｃ_ｍｎの光容量Ｃ_{ｐｈｏｔｏの}成分の変化に対する検出感度を実質的に制限するための可能なアプローチがいくつかある。

第１のアプローチは、放射光３７からの光容量を、各光コンデンサ３２の幾何学的寄与Ｃ_ｄａｒｋを含むベースライン容量Ｃ_ｂａｓｅに単純に含めることである。例えば、光容量の寄与Ｃ_{ｐｈｏｔｏ}が、放射光３７からの寄与Ｃ_ｅｍｉｔと、反射光３８からの寄与Ｃ_{ｒｅｆｌｅｃｔ}に分割される場合、所望の信号Ｃ_{Ｒｅｆｌｅｃｔ}は次のように取得することができる。
ベースライン容量Ｃ_ｂａｓｅは次のとおりである。

このアプローチは、例えば静電容量式タッチに使用される既存の容量測定システムでは、通常、絶対値ではなく容量の変化のみに関係するため、既存の容量測定システムで簡単に実装することができる。

放射光３７の光コンデンサ３２への影響を排除するための第２のアプローチは、指向性のある幾つかの光源３１を使用し、光源３１を光コンデンサ３２間のギャップに配置して、光３７を入力面３０に向けて放出することである。そのような互い違いの配置（すなわち、光コンデンサ３２及び光源３１の相互貫入アレイ）は、入力面３０を依然として照射しながら、光コンデンサ３２に衝突する放射光３７の量を最小限に抑えることができる。

放射光３７の光コンデンサ３２への影響を排除するための別のアプローチは、光コンデンサ３２と光源（複数可）３１との間に配置されたオプションのパターニングされた光減衰層４５を使用することである。光減衰層４５は、少なくとも光コンデンサ３２が感知する波長範囲内で、１つまたは複数の光源３１からの放射光３７による直接照射から光コンデンサ３２を遮蔽するように構成される。例えば、光減衰層４５は、アレイ３６を形成する光コンデンサ３２間の空間に対応するギャップ４６を含み得る。光減衰層４５は不透明であってよく、実質的にまたは完全に放射光３７を遮断することができる。あるいは、光減衰層４５は、選択的に光を遮断することができ、光コンデンサ３２が感知する波長範囲内の光を遮断するように構成されたフィルタの形をとってよい。さらなる代替形態では、放射光３７が偏光されている場合、光減衰層４５は、偏光された放射光３７を遮断する偏光子であってよい。

光減衰層４５は、図３に示すように、光コンデンサ３２とは別の層であってよい。しかしながら、一部の例では、光減衰層４５は、各光コンデンサ３２と統合されてよい。例えば、第１の電極３及び第２の電極４の最下部は、不透明電極２４または偏光子としてパターニングされた電極であってよい。

光コンデンサ３２は、光源（複数可）３１と入力面３０との間に配置される必要は無い。

例えば、図５も参照すると、第２の光容量センサ４７が示されている。

第２の光容量センサ４７は、光容量センサ２９（以下、「第１の」光容量センサ２９と呼ぶ）と同じであるが、１つまたは複数の光源３１が指向性であり、光３７を入力面３０に向かって放射し、１つまたは複数の光源３１は、光コンデンサ３２のアレイ３６と入力面３０との間に（垂直に、すなわち図示のｚ軸に沿って）配置される。

例えば、１つまたは複数の光源３１は、光コンデンサ３２間のギャップ上に配置されて、相互貫入アレイ（または、例えば、光コンデンサ３２に対応するギャップを有する単一の大面積エミッタ）を形成する幾つかの光源３１を含み得る。このようにして、物体３９のパターンから反射された光は、光源３１の間のギャップを通過して、光コンデンサ３２に到達することができる。あるいは、光源（複数可）３１が反射光３８に対して透過的である場合、１つまたは複数の光源３１は、下にある光コンデンサ３２に横方向に重なる（または完全にカバー）することができる。

さらに別の例では、光コンデンサ３２及び指向性光源３１は実質的に同一平面上にあってよい。

光容量センサ２９，４７は、ボタン、タッチパッド、タッチパネル、タッチスクリーンなどの一部として実装することができる。光容量センサ２９、４７の利点は、入力面３０が水または任意の他の流体によって湿潤及び／またはそれらに沈んでいる場合でも、光源（複数可）３１によって放射され、光コンデンサ３２が感知する波長で流体が透過的であるという条件で動作可能であり得るということである。

１つまたは複数の光源３１は特に限定されず、発光ダイオード（ＬＥＤ）または有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）などの単一の大面積発光体の形をとってよい。あるいは、１つまたは複数の光源３１は、単一タイプの発光体（例えば、ＬＥＤまたはＯＬＥＤ）のアレイ、またはサブ画素のアレイを形成することができ、各サブ画素は、２つ以上の異なるタイプ（例えば、色）の発光体を含む。一部の例では、光源（複数可）３１は、ディスプレイデバイスの１つまたは複数の画素またはサブ画素によって提供されてよい。

１つまたは複数の光源３１の一部またはすべては、赤外線（ＩＲ）エミッタ、例えばＩＲ ＬＥＤまたはＩＲ ＯＬＥＤの形をとってよい。赤外線エミッタは、８００ｎｍと２，５００ｎｍの間の（及び、それを含む）の範囲のピーク発光に対応し得る。１つまたは複数の光源３１の一部またはすべては、赤、緑、及び青のエミッタから選択されるエミッタ、例えばＬＥＤまたはＯＬＥＤの形をとってよい。サブ画素は、例えば、赤色光源３１、緑色光源３１及び青色光源３１を含み得る。

光容量センサ２９、４７は、投影型静電容量測定のための１つまたは複数の導電性トレース（図示せず）をオプションで含み得る。あるいは、光コンデンサ３２を画定する電極を使用して、順次（時分割多重）、または光容量の測定と同時に、静電容量式タッチ測定を行うこともできる。

ディスプレイ画面との統合
光容量センサ２９、４７は、物体３９の反射パターンを測定するためのスタンドアロンセンサとして使用することができるが、光容量センサ２９、４７は、広範囲の異なるディスプレイタイプと、これらのディスプレイタイプ内の多様な位置に統合することもできる。そのような一体型ディスプレイのカバーレンズは、入力面３０を提供することができる。

例えば、光容量センサ２９、４７は、アクティブマトリクス液晶ディスプレイ（ＡＭＬＣＤ）及び／またはアクティブマトリクスＯＬＥＤ（ＡＭＯＬＥＤ）アーキテクチャに埋め込まれてよい。照射時の容量変化の原理により、光容量センサ２９、４７は、容量の変化にも依存する既存の静電容量式タッチシステムでの実装に完全に適合し得る。光容量性層２を提供するアモルファス層は、任意の既存の静電容量式タッチパネルにパッシブ誘電体層として統合することができ、または他の例では、別個の読み出しという点で独立した層であるが、同じ読み出しインフラストラクチャを使用して、維持することができる。

ディスプレイ下アーキテクチャ
光容量センサ２９、４７は、ディスプレイの画素層の下に配置することができ、各光コンデンサ３２は、ディスプレイに接続されている標準タッチコントローラ（図示せず）に供給される標準読み出しを有し得る単純なパッシブコンデンサとして構成することができる。タッチコントローラ（図示せず）は、光コンデンサ３２のアレイ３６を別個の期間内に読み出して静電容量式タッチ測定を行うことができる。

例えば、図６を参照すると、第１のディスプレイ下積層体４８が示されている。

第１のディスプレイ下積層体４８は、基板４９と入力面３０との間の方向に積層され、光コンデンサ３２のアレイ３６、コリメート層５０、ＴＦＴ層５１、発光層５２（光源（複数可）３１を提供する）、偏光層５３、オプションの静電容量式タッチ電極層５４、及びカバーガラス５５を含む。層３６、５０、５１、５２、５３、５４は、基板４９上に支持され、積層体は、光学的に透明な接着剤（ＯＣＡ）５６の層でカバーガラス５５に結合される。第１のディスプレイ下積層体４８は一般に、例えば、ＬＥＤまたはＯＬＥＤタイプのディスプレイパネル及び類似したものに対応する。

コリメート層５０は、光コリメートフィルムとしても知られる光制御フィルム（ＬＣＦ）であり、透過光の方向性を調整するように構成された光学フィルムの形をとる。コリメート層５０は、例えば、マイクロレンズアレイ、ピンホールアレイ、または光導波グリッドの形をとってよい。コリメート層５０は、画像面に対して所定の入射角で最大の透過率を提供し、用途の要件に応じて所与の極座標に沿って画像のカットオフまたはブラックアウトを提供する。ＴＦＴ層５１は、発光層５２を形成する画素の照明を制御する。発光層５２は、ＬＥＤ、ＯＬＥＤ、またはウルトラＬＥＤ（ｕＬＥＤ）の形の発光体の画素またはサブ画素から形成される。発光層５２は、標準的なＲＧＢ画素ディスプレイの形をとってよい、あるいは、各サブ画素は赤、緑、青、及びＩＲ発光体を含み得る。

カバーガラス５５は、例えばガラス、透明ポリマなど、タッチスクリーンディスプレイに使用するのに適した任意の材料であってよい。

図７も参照すると、第２のディスプレイ下積層体５７が示されている。

第２の６２ディスプレイ下積層体５７は、基板４９と入力面３０との間の方向に積層され、光コンデンサ３２のアレイ３６、バックライト層５８（光源（複数可）３１を提供する）、光学層５９、ＴＦＴ層、液晶（ＬＣ）層６０、カラーフィルタ（ＣＦ）及びブラックマトリックス（ＢＭ）層６１、オプションの静電容量式タッチ電極層５４、ＯＣＡ及び偏光子層６２、ならびにカバーガラス５５を含む。第２の６２ディスプレイ下積層体５７は一般に、例えば、バックライト付きＬＣＤパネルまたは類似のものに対応する。

ＴＦＴ層５１は、ＣＦ及びＢＭ層６１のカラーフィルタと組み合わせて、ＬＣ層６０によって画定される画素のスイッチングを制御する。バックライト層５８は、光源（複数可）３１及び放射光３７を提供する。

第１のディスプレイ下積層体４８及び第２のディスプレイ下積層体５７のいずれにおいても、タッチ電極層５４はオプションであり、省略されてもよい。タッチ電極層５４は、存在する場合、ユーザのタッチを検出するために使用することができる。

ディスプレイ上（またはオンセル）アーキテクチャ
図８も参照すると、第１のディスプレイ上（または「オンセル」）積層体６３が示されている。

第１のオンセル積層体６３は、第１のディスプレイ下積層体４８と同じであるが、光コンデンサ３２のアレイ３６が、基板４９とＴＦＴ層５１との間の代わりに、偏光子５３（オプションの静電容量式タッチ電極５４が上に示されている）とＯＣＡ層５６の間にある。オプションで、アレイ３６と発光層５２との間の任意の位置に光減衰層４５を含めることができる。

第１のオンセル積層体６３は、標準のオンセル静電容量式タッチアーキテクチャを連想させ、アレイ３６は、静電容量式タッチ積層体に統合することができ、静電容量式タッチと同じ読み出し技術及びタッチコントローラ（図示せず）を使用して読み出すことができる。好ましくは、静電容量式タッチ信号と光容量信号は混合されず、代わりに読み出しのために時分割多重化される。このようにして、静電容量式タッチと同じ読み出しインフラストラクチャを使用して光容量測定を統合し、電子回路を簡素化することができる。あるいは、光容量測定は、静電容量式タッチ機能への個別の読み出し電子回路を有し得る。

図９も参照すると、第２のディスプレイ上（または「オンセル」）積層体６５が示されている。

第２のオンセル積層体６４は、第２のディスプレイ下積層体５７と同じであるが、光コンデンサ３２のアレイ３６が、基板４９とバックライト層５８の間の代わりに、ＣＦ＆ＢＭ層６１（オプションの静電容量式タッチ電極５４が上に示されている）と、ＯＣＡ及び偏光子層６２の間にある。オプションで、基板４９は、反射器６５として構成されてよい。オプションで、アレイ３６とバックライト層５８との間の任意の位置に光減衰層４５を含めることができる。

第２のオンセル積層体６４は、静電容量式タッチとの統合に関して、第１のオンセル積層体に対応する利点を有する。

ディスプレイ内（またはインセル）アーキテクチャ
図１０も参照すると、第１のディスプレイ内（またはインセル）積層体６６が示されている。

第１のインセル積層体６６は、第１のディスプレイ下積層体４８または第１のオンセル積層体６３と同じであるが、別個の層である代わりに、光コンデンサ３２のアレイ３６はＴＦＴ層５１と一体化されている。このように、光コンデンサ３２は、ＴＦＴを画定するのと同じアモルファスＳｉ層を使用して、光容量性材料層２を提供し、製造を簡素化し、層の数を減らすことができる。ソース電極とドレイン電極を一緒に短絡することにより、ＴＦＴ構造を変更して光コンデンサ３２を提供できるため、さらなる統合も可能である（図１９）。使用中、短絡されたソース電極及びドレイン電極とゲート電極との間で、対応する光容量Ｃ_{ｐｈｏｔｏ}を読み取ることができる。

ＴＦＴ層５１用の低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）トランジスタで動作するスマートフォンには、光容量性材料層２として使用するためのａ－Ｓｉ：Ｈが既に含まれている場合がある。実際に、ＬＴＰＳは多くの場合、レーザ結晶化されたａ－Ｓｉ：Ｈから形成される。結果として、アレイ３６とＴＦＴ層５１を単一の材料層から製造することにより、光容量センサが組み込まれたディスプレイの製造の数と複雑さを相乗的に削減することができる。

アレイ３６からの容量の読み出しは、例えば適切な論理ゲーティングを介して、標準的な静電容量式タッチとは別の期間にタッチコントローラ（図示せず）によって容量が読み出される前述の任意のタッチパネルと同じである。

図１０も参照すると、第２のディスプレイ内（またはインセル）積層体６７が示されている。

第２のインセル積層体６７は、第２のディスプレイ下積層体５７または第２のオンセル積層体６４と同じであるが、別個の層である代わりに、光コンデンサ３２のアレイ３６がＴＦＴ層５１と一体化されている。オプションで、光減衰層４５を、ＴＦＴ及び光容量性層３６、５１とバックライト層５８の間に含めることができる。

第２のインセル積層体６７は、第１のインセル積層体６６と同様の利点を提供するが、ＬＣディスプレイアーキテクチャに対してである。

オンディスプレイ（またはオンセル）アーキテクチャ
図１２も参照すると、第３のオンセル積層体６８が示されている。

第３のオンセル積層体６８は、第１のオンセル積層体６３と同じであるが、アレイ３６が、偏光層５３とカバーガラス５５の間ではなく、発光層５２と偏光層５３との間に移動されている。オプションで、アレイ３６と発光層５２との間の任意の位置に光減衰層４５を含めることができる。

図１３も参照すると、第４のオンセル積層体６９が示されている。

第４のオンセル積層体６９は、第３のオンセル積層体６４と同じであるが、アレイ３６が、ＣＦ及びＢＭ層６１とカバーガラス５５との間ではなく、ＬＣ層６０とＣＦ及びＢＭ層６１との間に移動されている。オプションで、アレイ３６とバックライト層５８との間の任意の位置に光減衰層４５を含めることができる。

第３のオンセル積層体６８及び第４のオンセル積層体６９の両方について、静電容量式タッチ電極５４は、発光層５２及びＬＣ層６０の上にそれぞれ位置する。光コンデンサ３２のアレイ３６の光容量性層２は、ＴＦＴ層５１と同じまたは同等の材料で作ることができるが、その実装はパッシブコンデンサの形であってよい（図１参照）。

様々な異なるディスプレイ積層体を記載したが、本明細書による光容量センサ２９、４７の使用は、明示的に記載したディスプレイ積層体に限定されず、光容量センサ２９、４７は、任意のタイプのディスプレイアーキテクチャの層間に追加（または互換性のある場合は統合）することができる。

照射範囲
照射部分３５（図１４）は、一般に、光コンデンサ３２のアレイ３６の範囲に対応する。例えば、ディスプレイでは、表示画素は、入力面３０を提供するカバーガラス５５全体を実質的に照らすことができる。しかしながら、照射部分３５は、光コンデンサ３２のアレイ３６の上にある入力面３０の部分とみなされる。

図１４も参照すると、第１の表示レイアウト７０が示されている。

デバイス７１は、表示領域７２を含む。第１の表示レイアウト７０では、光容量センサ２９、４７に対応する照射部分３５は、表示領域７２の第１の領域７３に対応する。図１４に示す例では、第１の領域７３は、表示領域７２の縁に実質的に沿って延びる。しかしながら、表示領域７２内の第１の領域７３の形状、相対サイズ、及び相対位置は、図１４の特定の例に限定されない。例えば、第１の領域７３は、表示領域７２の中央に位置することができる。

このようにして、電話機またはタブレットコンピュータなどのデバイス７１のディスプレイの領域７３に、ユーザの指紋（指紋には親指の指紋が含まれる）を感知できる光容量センサ２９、４７を設けることができる。これにより、指紋認証を使用して、例えば、表示領域７２を別のボタンまたはリーダに犠牲にすること無く、電話のロックを解除及び／または取引を許可することができる。

図１５も参照すると、第２の表示レイアウト７４が示されている。

第２の表示レイアウト７４は、第１の表示レイアウト７０と同じであり、第１の領域７３とは異なる表示領域７２の第２の領域７５に対応する照射部分３５を有する追加の光容量センサ２９、４７をさらに含む。図１５に示す例では、第１の領域７３は、表示領域７２の第１の縁に沿って延び、第２の領域７５は、表示領域７２の反対側の第２の縁に沿って延びる。しかし、別個の領域７３、７５の２つの形状、位置、及び相対的なサイズいずれも、意図する用途に応じて規定することができる。

図１６も参照すると、第３の表示レイアウト７６が示されている。

第３の表示レイアウト７６は、第１の表示レイアウト７０と同じであるが、第１の領域７３が表示領域７２の周囲全体に延びている。

しかしながら、照射部分３５は、表示領域７２の領域７３、７５のみに限定されず、一部の例では、照射部分３５は、表示領域７２と同一の広がりを持ち得る。例えば、図１７も参照すると、第４の表示レイアウト７７が示され、照射部分３５が表示領域７２と同一の広がりを持っている。

ＴＦＴ層に光コンデンサを集積した例
図１８及び１９も参照して、光コンデンサ３２のアレイ３６をＴＦＴ層５１内に集積する１つの例示的な方法を提供するために、第２のインセル積層体６７の特定の例７８を記載する。

図示の例では、バックライト層５８は、白色ＬＥＤ７９（またはＯＬＥＤ）及びＩＲ ＬＥＤ８０（またはＯＬＥＤ）の混じり合ったものを含む。バックライト層５８とＴＦＴ層５１の間には、バックライト拡散層８１、光学フィルム層８２、第１の偏光層８３、及びＴＦＴ層５１の片側に電気的接続を提供するパターニングされた導電層８４が積層される。

ＴＦＴ層５１は、ＣＦ及びＢＭ層６１の青色フィルタ８６に対応する青色画素８５、ＣＦ及びＢＭ層６１の緑色フィルタ８８に対応する緑色画素８７、ＣＦ及びＢＭ層６１の赤色フィルタ９０に対応する赤色画素８９、及びＴＦＴ集積光コンデンサ９１を含む。

特に図１９を参照すると、各ＴＦＴ集積光コンデンサ９１は、光容量特性を有する半導体領域９３を支持する誘電体層９２を含む。ソース電極９４は半導体領域９３の片側に堆積され、ドレイン電極９５は反対側に堆積されて、ソース電極９４とドレイン電極９５との間のチャネルを画定する。ゲート９６は、半導体領域９３に対して誘電体９２の反対側に堆積される。第１の導電性トレース９７はゲート電極９６に接続し、第２の導電性トレース９８はソース電極９４とドレイン電極９５の両方に接続される。その結果、ソース電極９４とドレイン電極９５とが互いに短絡される。容量Ｃ_{ｐｈｏｔｏ}は、ゲート９６と結合されたソース電極９４及びドレイン電極９５との間で測定される。

このようにして、ＴＦＴ集積光コンデンサ９１は、ＴＦＴ層５１に接続する導電性トレースのレイアウトを変更する必要があるだけで、ＴＦＴ８５、８７、８９を画定する画素と同一の構造を有することができる。これにより、ＴＦＴ集積光コンデンサ９１を、従来のディスプレイＴＦＴ層の製造にほぼシームレスに追加することが可能になる。

青色画素８５、緑色画素８７、及び赤色画素８９のそれぞれは、バックライト付きＬＣＤディスプレイの画素の従来の構成を有する。

ＣＦ及びＢＭ層６１はまた、従来のブラックマトリックス（ＢＭ）材料９９を含む。好ましくは、ＢＭ材料９９は、ＩＲ ＬＥＤ／ＯＬＥＤ８０によって放射されるＩＲ波長に対して透過的であり、その結果、放射光３７が入力面３０及び物体３９に到達し、反射光３８がＴＦＴ集積光コンデンサ９１に到達することができる。追加的または代替的に、ＢＭ材料９９は、例えば入力面３０とＴＦＴ集積光コンデンサ９１との間で放射光３７及び反射光３８の通過を可能にする追加の開口部（図示せず）を含み得る。

ＣＦ及びＢＭ層６１とカバーガラス５５との間に、順番に、第２の偏光層１００、光学的に透明な接着層１０１及び第３の偏光層１０２が積層される。

光容量センサを含む装置
図２０も参照すると、システム１１０が示されている。

システムは、光容量センサ２９、４７及びコントローラ１１２を含む装置１１１を含む。

コントローラ１１２は、リンク１１３を介して光容量センサ２９、４７に接続され、コントローラ１１２は、光コンデンサ３２のアレイ３６の容量Ｃ_ｍｎを測定するように構成される。

前述の例に関連して、コントローラ１１２はタッチコントローラであってよく、システム１１０はまた、光容量センサ２９、４７が下にある、上にある、または一体化されたディスプレイを含み得る。換言すれば、システム１１０及び装置１１１は、電話、タブレットコンピュータなどのより大きなデバイスの一部であってよい。

あるいは、システム１１０は、以下に記載するように、電話またはタブレット以外のデバイスのためのアクセス制御システムの一部を形成することができる。

コントローラ１１２は、１つまたは複数のプロセッサ１１４、揮発性メモリ１１５、及び不揮発性ストレージ１１６を含む。不揮発性ストレージ１１６は、光コンデンサ３２のアレイ３６の容量Ｃ_ｍｎを測定し、本明細書に記載の他の機能を実行するようにコントローラを制御するためのプログラムコード１１７を記憶する。コントローラ１１２はまた、信号源４２を制御するための出力を含むか、または容量Ｃ_ｍｎを直接測定するための時変信号を直接出力することができる。同様に、コントローラ１１２はまた、１つまたは複数の検出器回路４４を含み得る。一部の例では、光容量センサ２９、４７を組み込んだ電話、タブレットコンピュータなどのデバイスは、必要なデータ処理容量、揮発性及び不揮発性ストレージの一部またはすべてを備えることができる。

オプションで、コントローラ１１２は、入力面より上にまたは入力面に接触した物体３９が無い状態で１つまたは複数の光源が照射される場合の光コンデンサのアレイ３６の測定された容量Ｃ_ｂａｓｅに対応する基準フレーム１１８を、ストレージ１１６に記憶することができる。コントローラは、前述の式（３）を実装するために、光コンデンサ３２のアレイ３６から測定された容量Ｃ_ｍｎから基準フレーム１１８を減算するように構成することができる。

オプションで、コントローラ１１２は、光容量センサ２９、４７の１つまたは複数の光源３１からの発光を制御するようにさらに構成することができる。そのような例では、電力を節約するために、コントローラ１１２は、光コンデンサ３２のアレイ３６の容量Ｃ_ｍｎを測定したい場合にのみ、光源３１を照射させることができる。例えば、光源３１がＲＧＢディスプレイに統合されたＩＲエミッタの形をとる場合、ＩＲエミッタは常に照射する必要が無い場合がある。ディスプレイが静電容量式タッチセンシング機能を含む場合、コントローラ１１２は、入力面３０に触れている誰かの指紋パターンを測定するために、静電容量式タッチ検出に応答してＩＲエミッタ（光源３１）を照射させることができる。

従来の容量性指紋センシングと比較して、指紋（または他の皮膚パターン）センシング用の光コンデンサの考えられる利点の１つは、検出された指紋パターンが生きている人間に対応することをチェックできる可能性にある。例えば、従来の容量性指紋センシングは電気伝導度に基づいており、モックアップされた指紋パターンを使用してスプーフィングすることができる。

赤、緑、青、及びＩＲ発光能力を有するディスプレイと一体化された光容量センサ２９、４７を使用して、接触物体３９中の酸化ヘモグロビンの存在をチェックすることができる。例えば、コントローラ１１２は、赤色光源３１（画素／サブ画素）のみを照射し、アレイ３６からの容量の第１のセットＣ_ｍｎを測定し、次に、ＩＲ光源３１（画素／サブ画素）のみを照射して、アレイ３６から容量の第２のセットを測定することができる。容量の第１のセット及び容量の第２のセットＣ_ｍｎを比較することによって、コントローラ１１２は、赤色波長及びＩＲ波長での反射率の比率を決定し、それによって生きている人間の皮膚をスプーフィングされた指紋パターンと区別することができる。空間分解能はパターン自体にのみ必要であるため、赤色波長とＩＲ波長での反射率の比率の決定は、精度を向上させるために集約された測定値を使用して実行できることに留意されたい。

コントローラ１１２が、光コンデンサ３２のアレイ３６から容量Ｃ_ｍｎのパターンを測定すると、パターンは、１つまたは複数の認められたパターン１１９のセットと比較されてよい。認められた各パターン１１９は、例えば、システム１１０に関連付けられたデバイスまたは機器を使用すること、またはシステム１１０に関連付けられたエリアに入ることが許可された人の指紋に対応し得る。コントローラ１１２によって行われる比較は、容量Ｃ_ｍｎの測定パターンの相対回転に敏感であってはならない（すなわち、コントローラ１１２は、一方または両方のパターンに回転変換を適用する能力を有するべきである）。認められたパターン１１９は、有線または無線リンク１２１を使用してコントローラ１１２と通信する安全な記憶装置１２０に記憶されてよい。あるいは、認められたパターン（複数可）１１９は、コントローラ１１２のストレージ１１６に内部的に記憶されてよい。アレイ３６を使用して測定された容量Ｃ_ｍｎのパターンが認められたパターン１１９のいずれかと一致する場合、コントローラ１１２は、有線または無線リンク１２２を使用して、光容量センサ２９、４７に関連付けられた機器１２３に、許可されたユーザが検出されたことを示す信号を出力する。

システム１１０が、電話機、タブレットコンピュータ、またはプリンタや医療機器のアイテムなどの他のデバイスの一部として統合される場合、プロセス全体がそのデバイスの内部にあってよい（すなわち、機器１２３は、システム１１０を含むデバイスの単に残りの部分であってよい）。

スタンドアロン装置として実装される場合、装置１１１は、例えば、プリンタ、医療装置、ドア、エレベータ制御盤、自動車、オートバイ、自転車、ならびにブルドーザ、バックホー及び掘削機などの建築設備や、航空機、軍用設備などの機器１２３のアクセス制御デバイスとして機能することができる。追加的または代替的に、装置１１１は、薬剤キャビネット、産科及び出産ユニットなどの病棟、ホテルの客室ドア、ホテルの裏口のドア、またはアクセスを制御したい任意の他の部屋もしくは空間へのアクセスを提供するドアまたはロックのアクセス制御デバイスとして機能することができる。

変更形態
当然ながら、上述の実施形態に多くの変更を加えることができる。そのような変更は、光容量センサ、生体認証センサ、及び／または指紋及び／または他の特有のパターンのスキャナの設計及び使用において既知であり、本明細書で前述した特徴の代わりにまたはそれらに加えて使用し得る同等及び他の特徴を含み得る。一実施形態の特徴は、別の実施形態の特徴によって置き換えられてよい、または補足されてよい。

パターン検出に使用される本明細書の光容量センサの可能な用途は、携帯電話へのアクセスのための手形の複数の指の同時スキャンを含み得るが、これらに限定されず、汎用ディスプレイ、ＨＩＤデバイスで安全なアプリ内及び表面セキュリティ指紋認識を可能にし、安全なアプリ内及び表面セキュリティ指紋認識を可能にする。サービスの配信時点での承認の証明などのエンジニアリング用途を含むその他の用途。オーディットトレールを提供することを含むさらなる用途。

さらに別の用途には、医療用ディスプレイ、コンピュータ、ＭＲＩもしくはその他の診断機械、または任意の他の医療機器（例えば、許可されたスタッフのみが医療装置の制御にアクセスできる）、アプリケーション内認可（例えば、処方箋の印刷）、オーディットトレールなどが含まれる。

光容量センサ２９、４７は、例えば薄い手術用手袋または他のタイプのＰＰＥ手袋を通して読み取ることができる波長を使用することによって、手袋を通してセキュリティを可能にするように構成することができる。

光容量センサ２９、４７は、例えば、病院、研究所、またはアクセス制御を必要とする任意の他の施設におけるカード、コード及び／または鍵セキュリティを置き換えるために使用することができる。光容量センサ２９、４７は、例えば、ドアハンドル、ドアプッシュプレート、ロックなどに直接組み込むことができる。

投影型静電容量と光容量の個別の読み出し
前述の積層体４８、５７、６３、６４、６６、６７、６８、６９は、投影型静電容量測定用の専用電極５４を含み得る。前述のように、このような構成のオプションの１つは、光容量及び静電容量式タッチ機能用の別個の読み出し電子回路を含めることである。

例えば、図２１も参照すると、別個の読み出し構成１２４の概略図が示されている。

別個の読み出し構成１２４は、投影型静電容量式タッチ電極１２６に結合された静電容量式タッチコントローラ１２５と、光容量センサ２７、４７に結合された光容量コントローラ１２７とを含む。光容量コントローラ１２７は、光容量センサ２９、４７を形成する光コンデンサ３２、９１のアレイ３６の光容量を測定するように構成される。静電容量式タッチコントローラ１２５は、投影型静電容量式タッチ電極１２６（例えば、適切な導電性トレースの形で）を使用する投影型静電容量式タッチセンシング用に構成される。静電容量式タッチコントローラ１２５は、駆動信号１２８を投影型静電容量式タッチ電極１２６に提供し、対応する受信信号１２９に基づいてユーザ相互作用を検出するための静電容量を決定する。同様に、光容量コントローラ１２７は、駆動信号１３０を光容量センサ２９、４７に提供し、対応する受信信号１３１を使用して、前述の反射パターンを決定することができる。

静電容量式タッチコントローラ１２５及び／または光容量コントローラ１２７の出力及び入力は、多重化されて、それぞれのコントローラ１２５、１２７上のチャネル数よりも多い数の電極をスキャン可能にすることができる。

投影型静電容量測定及び光容量測定のための駆動信号１２８、１３０は異なっていてもよい。例えば、投影型静電容量式タッチ電極１２７（またはそれらの間の交点）の時定数は、光コンデンサ３２の時定数と異なってよい。さらに、かつ有利なことに、投影型静電容量測定及び光容量測定のために駆動信号１２８、１３０を周波数多重化すると、２つの測定間のクロストークが減少する。

投影型静電容量式タッチ電極１２６は、例えば、前述の静電容量式タッチ電極層５４の形をとってよい。システム１１０／装置１１１に別個の読み出し構成１２４を使用することができ、その場合、光容量コントローラ１２７は、前述のコントローラ１１２の形をとってよい。同様に、光容量コントローラ１２７は、本明細書に記載の光容量センサ２９、４７の光容量を測定するように構成された任意のコントローラによって提供されてよい。

一部の例では、静電容量式タッチコントローラ１２５及び光容量コントローラ１２７は、単一のデバイスの別個のチャネルによって提供されてよい。例えば、静電容量式タッチコントローラは、Ｋ個のチャネルを含んでよく、そのうちの最初の１からｋ個は、投影型静電容量測定専用であり（静電容量式タッチコントローラ１２５を提供する）、残りのｋ＋１からＫ個のチャネルは、光容量測定専用である（光容量コントローラ１２７を提供する）。

静電容量式タッチコントローラ１２５は、自己静電容量測定または相互静電容量測定に使用することができる。

投影型静電容量と光容量の時分割多重読み出し
投影型静電容量測定と光容量測定に別個の電子回路（または少なくとも専用チャネル）を使用することは必須ではない。投影型静電容量測定用の専用電極５４と個別の光コンデンサ３２、９１の別個の層３６とを含む積層体４８、５７、６３、６４、６６、６７、６８、６９の別のオプションは、単一の静電容量式タッチコントローラを使用し、投影型静電容量と光容量の測定値を時分割多重化することである。このようにして、光容量測定は、静電容量式タッチと同じ読み出しインフラストラクチャを使用して統合され、電子回路を簡素化することができる。

例えば、図２２Ａ及び２２Ｂも参照すると、時分割多重読み出し構成１３２が概略的に示されている。

時分割多重読み出し構成１３２は、スイッチネットワーク１３４を介して投影型静電容量式タッチ電極１２６及び光容量センサ２９、４７に接続されたコントローラ１３３を含む。コントローラ１３３は、スイッチネットワーク１３４を制御することによって、投影型静電容量式タッチセンシングと光容量センサからの光容量の測定とを交互に実行するように時分割多重化するように構成される。

特に図２２Ｂを参照すると、ｔ_０～ｔ_１、ｔ_２～ｔ_３、ｔ_４～ｔ_５などの第１の期間中、スイッチネットワークは、コントローラ１３３を投影型静電容量式タッチ電極１２６に接続する。第１の期間に散在するのは、ｔ_１～ｔ_２、ｔ_３～ｔ_４、ｔ_５～ｔ_６などの第２の期間であり、その間、スイッチネットワークは、光容量測定のために、コントローラ１３３を光容量センサ２９、４７に接続する。

投影型静電容量式タッチ電極１２６は、例えば、前述の静電容量式タッチ電極層５４の形をとってよい。時分割多重読み出し構成１３２は、システム１１０／装置１１１に使用することができ、この場合、コントローラ１３３は、前述のコントローラ１１２の形をとってよい。

スイッチネットワーク１３４はさらに、多重化を提供して、Ｋ個のチャネルを有するコントローラ１３３が、第１の投影型静電容量測定期間ｔ_０～ｔ_１、ｔ_２～ｔ_３、ｔ_４～ｔ_５の間にＫ個を超える駆動／センス線をスキャンし、及び／または第２の光容量測定期間ｔ_１～ｔ_２、ｔ_３～ｔ_４、ｔ_５～ｔ_６の間に、Ｋ個を超える光コンデンサ３２をスキャンするようにできる。

投影型静電容量と光容量の組み合わせ読み出し
前述のように、光コンデンサ３２、９１を画定する電極を使用して、静電容量式タッチ測定を、順次（時分割多重化）、または光容量の測定と同時に行うこともできる。そのような例では、別個の投影型静電容量式電極５４、１２６を省略して、センサ／ディスプレイ積層構造を簡素化することができる。

例えば、図２３も参照すると、組み合わされた読み出し構成１３５が示されている。

組み合わされた読み出し構成１３５は、コントローラ１３６及び光容量センサ２９、４７を含む。組み合わされた読み出し構成１３５では、コントローラ１３６は、各光コンデンサ３２、９１の静電容量を２回以上測定し、光源３１を調整して、光コンデンサ３２の照明に対応する第１の測定値と、相互作用部位の下の光源３１が照らしていない「暗」状態に対応する第２の測定値との対を少なくとも取得する。

組み合わされた読み出し構成１３５は、システム１１０／装置１１１に使用されてよく、この場合、コントローラ１３６は、前述のコントローラ１１２の形をとってよい。

前述の光コンデンサ３２、９１の構造のいずれも、それらを画定する電極はいずれも、ユーザの指及び／または導電性スタイラスに結合する幾何学的静電容量成分を含み、投影型静電容量によるタッチセンシングを可能にするので、組み合わされた読み出し構成１３５に使用することができる。

しかしながら、組み合わされた読み出し構成１３５は、他の構成にも適用することができる。

例えば、図２４～２６も参照すると、集積されたタッチ及び光容量センサ１３７（以下、「第３の光容量センサ」）の構造及び動作が示されている。

第３の光容量センサ１３７は、前述のように、光容量性材料層２を任意の既存の静電容量式タッチパネルのパッシブ誘電体層として組み込むことができるという理解に基づいている。

第３の光容量センサ１３７は、第１の方向ｘに延在し、第２の異なる方向ｙに離間された、幾つかの、例えばＮ個の第１の電極１３８_１、１３８_２、...、１３８_Ｎを含む。第３の光容量性センサ１３７はまた、第２の方向ｙに延在し、第１の方向ｘに離間された幾つかの、例えばＭ個の第２の電極１３９_１、１３９_２、...、１３９_Ｎを含む。光容量性材料２の層１４０は、第１の電極１３８と第２の電極１３９の各交点が第３の光容量性センサ１３７のアレイ３６の光コンデンサ１４１を提供するように、第１の電極１３８と第２の電極１３９との間に配置される。例えば、Ｎ個の第１の電極１３８_ｎのｎ番目とＭ個の第２の電極１３９_ｍのｍ番目との交点は、静電容量Ｃ_ｎ，ｍを有する光コンデンサ１４１_ｎ，ｍを提供する。

特に図２６を参照すると、層１４０は、各光コンデンサ１４０_ｎ，ｍの誘電体を提供する。層１４０を形成する光容量性材料２が照射されると、誘電率が変化し、第１の電極１３８_ｎと第２の電極１３９_ｍの間の電気力線１４２の分布が変更される。このように、静電容量Ｃ_ｎ，ｍは近くの導電性物体に幾何学的に結合し（投影型静電容量式タッチの通常の方法で）、応答の光容量成分を介して照明も記録する。

層１４０と第１の電極１３８との間に任意の数の追加の誘電体層（図示せず）を挿入することができ、及び／または層１４０と第２の電極１３９との間に任意の数の追加の誘電体層（図示せず）を挿入することができる。

光容量性材料２の層１４０は、第１の電極１３８と第２の電極１３９との間に配置される必要はない。

例えば、図２７も参照すると、別の構成では、第１の電極１３８と第２の電極１３９は代わりに、実質的に同一平面上にあってよい／同じ表面上に配置されてよい。同一平面（または実質的に同一平面）の電極のそのような構成は、静電容量式タッチの分野で知られており、例えば、電極１３８、１３９が交差する絶縁体の局所パッチを使用し、電極１３８と電極１３９の、（最小化されている）オーバーラップ領域ではなく、両電極間のフリンジ電界に関連する静電容量を測定する。例えば、相互静電容量式タッチセンシング用のダイヤモンドパターン電極。

第１の電極１３８及び第２の電極１３９は、第１の電極と第２の電極の各交点がアレイの光コンデンサを提供するように、光容量性材料２の層１４０上に、または、それより上に配置される。図２７に描かれた力線１４２によって示されるように、光容量性材料２の下の層１４０は依然として相互作用し、同一平面電極間の静電容量を変更する。

層１４０と第１の電極１３８、１３９との間に任意の数の追加の誘電体層（図示せず）を挿入することができる。

第３の光容量センサ１３７は、ディスプレイ１４３、例えば、ＬＣＤ、ＯＬＥＤ、または任意の他のタイプのディスプレイ上に配置（またはその一部として統合）することができる。カバー１４４、例えばカバーガラス５５は、電極１３８、１３９を保護し、入力面３０を提供するために、第３の光容量センサ１３７を使用して結合するか、または他の方法で固定することができる。例えば、カバー１４４は、第３の光容量センサ１３７がディスプレイ１４３の上にある（またはその一部を形成する）ときに、光学的に透明な接着剤１４５を使用して結合することができる。

第１の電極１３８及び第２の電極１３９は、いずれも、光容量性材料２の層１４０のどちらかの側に配置されることに限定されず、また、光容量性材料２の層１４０上もしくは層１４０より上の同一平面上に配置されることに限定されない。一般に、第１の電極１３８及び第２の電極１３９に対する層１４０の相対位置は、第１及び第２の電極を接続する電界線が光容量性材料２を通過する必要性によってのみ制限される。例えば、第３の光ーのさらなる変形形態では、第１の電極１３８及び第２の電極１３９は、非光容量性誘電体層（図示せず）によって分離されてよく、光容量性材料２の層１４０の１つまたは１対が、第１の電極１３８及び第２の電極１３９より上及び／または下に配置されてよい。換言すれば、層は、光容量性材料２の層１４０、第１の電極１３８、非光容量性誘電体層（図示せず）、第２の電極１３９、及びオプションで、光容量性材料２の第２の層１４０の順序で積層されてよい。

別の変形形態では、第１の電極１３８及び第２の電極１３９は実質的に同一平面上にあって、基板上に支持されてよく、光容量性材料２の層１４０は、第１の電極１３８及び第２の電極１３９と実質的に同一平面上にあり、電極１３８と電極１３９の間の空間を埋めるようにパターニングされている。

図２８～３０Ｂも参照して、組み合わされた読み出し構成１３５を使用する方法を記載する。

まず、コントローラ１３６が、従来の投影型静電容量モード、例えば第１の周波数（または第１のセットの周波数）で第３の光容量センサ１３７をスキャンする。投影型静電容量モードでは、Ｎ個の第１の電極１３８のすべて及び／またはＭ個の第２の電極１３９のすべてより少ない電極がスキャンされてよい。これは、例えば指紋センシング用の電極１３８、１３９のピッチが５０ミクロンのオーダーであるのに対し、従来の投影型静電容量式タッチは５ｍｍのオーダーのピッチを使用し得るからである。

したがって、コントローラ１３６は、光コンデンサ３２、９１、１４１のアレイ３６の少なくともサブセットの容量を測定することができる。あるいは、投影型静電容量センシングのために、幾つかの第１の電極１３８を一緒にグループ化することができ、及び／または幾つかの第２の電極１３９を一緒にグループ化することができる。一部の例では、すべての電極１３８、１３９を投影型静電容量センシングに使用することができる。

例えば、指１４６が入力面３０に押し付けられるなどのユーザ相互作用が検出されると、コントローラ１３６は、投影型静電容量データを使用して、相互作用領域１４７（図２８の破線）を決定する。

相互作用領域１４７によって境界付けられた暗領域１４８（鎖線）（相互作用領域１４７全体であってもよい）内で、コントローラ１３６は、光容量測定に特に使用される光源と下にある任意のディスプレイ１４３の画素の両方を含むすべての光源３１を停止する。特に図２９の、例えば時間ｔ_０～ｔ_１及びｔ_２～ｔ_３を参照されたい。

局所照明がない場合、各光コンデンサの容量は、暗領域１４８（暗領域１４８全体であってもよい）の測定領域１４９内の各光コンデンサ３２、４７、１４１について測定される。特に図３０Ａを参照すると、これは、入力面３０から反射された光に起因する光容量からの寄与がない、幾何学的静電容量成分Ｃ_ｇｅｏの測定値を提供する。

コントローラ１３６は、測定領域１４９（暗領域１４８及び／または相互作用領域１４７と等しい場合がある）に対応する光源３１の少なくともサブセットを作動させる。次に、測定領域１４９内の各光コンデンサ３２、４７、１４１について総容量Ｃ_{ｔｏｔａｌ}が測定される。特に図３０Ｂを参照すると、各総容量Ｃ_{ｔｏｔａｌ}は、それぞれの非照射（または暗）容量Ｃ_ｇｅｏからの変化ΔＣを示し、ΔＣ＝Ｃ_{ｔｏｔａｌ}－Ｃ_ｇｅｏであり、この変化ΔＣは光容量信号に対応する。変化ΔＣは、入力面３０を通る光の完全な透過（すなわち、光が層１４０を１回通過する）に対応する値Ｃ_{ｔｒａｎｓ}と、入力面３０または入力面の１つもしくはすぐ上の物体からの完全な反射に対応する別の値Ｃ_ｒｅｆｌとの間の範囲にある。重要な点は、測定された変化ΔＣを使用して、物体３９の反射パターンを測定できることである。

光源３１のサブセットは、測定領域１４９内の光源３１のすべてを含み得る、または特定の色のすべての光源３１に限定することができる。例えば、ディスプレイ１４３は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、及び青（Ｂ）の画素を含んでよく、投影型静電容量成分Ｃ_ｇｅｏを測定するために全て非活性化されてよく、その後、総容量Ｃ_{ｔｏｔａｌ}を測定するために、赤色（Ｒ）光源のみを作動させてよい。一部の例では、ディスプレイ１４３によって提供される光源３１の異なる色、例えばＲ、Ｇ及びＢを順次照射して、色固有の光容量測定値を取得し、物体３９、例えばユーザの指１４６のカラー画像化を可能にすることができる。一部の例では、ディスプレイ１４３は、少なくとも１つの領域にＩＲ光源（図示せず）を含んでよく、光容量成分ΔＣを決定する目的でＩＲ光源のみを再作動させることができる。色の画像化、特にＩＲ測定値の追加により、例えば、人の指紋の画像を使用したスプーフィングを防止するために、酸素を含む人間の皮膚を検出可能にすることができる。スプーフィングに対する追加のセキュリティを提供するために、ユーザの脈拍を検出するのに十分な期間にわたって測定を延長することができる。

光源３１の停止及び作動のプロセスは、例えば、異なる期間（例えば、ｔ_１～ｔ_２及びｔ_３～ｔ_４）の間に測定された値を平均することによって、光容量成分ΔＣを精緻化するために、何度でも繰り返すことができる。特に図２９を参照すると、２サイクルが示されているが、任意の数のサイクルを使用することができる。光源３１が２つ以上の色を含み、２つ以上が測定に使用される場合、これらは次々に実行されてもよいし、すべての光源３１を停止する期間によって分離されてもよい。

組み合わされた読み出し構成のアドレス指定方式
組み合わされた読み出し構成１３５は、投影型静電容量式タッチセンシング及び光容量測定の両方に使用される電極をアドレス指定する一部の具体例を参照することによってさらに理解することができる。

図３１も参照すると、組み合わされた読み出し構成１３５のための第１のアドレス指定方式１６０が示されている。

第１のアドレス指定方式１６０は、第３の光容量センサ１３７の例を使用し、投影型静電容量式タッチ検出及び光容量測定の両方のために第１の電極１３８及び第２の電極１３９を利用する。第１のアドレス指定方式１６０は、組み合わされた読み出し構成１３５の特定の実施態様である。

第１のアドレス指定方式１６０は、駆動信号１２８、１３０を光容量センサ１６０に出力するように構成された駆動モジュール１６１を含む。駆動モジュール１６１は、コントローラ１３６の一部を形成し、第３の光容量センサ１３７の第１の電極１３８の数Ｎよりも少ない数の送信機出力１６２_１、...、１６２_６を有する。以下の説明に関して、第１の電極は図３１でａ１からｆ５までのラベルを付けている。各送信機出力１６２は、それぞれのマルチプレクサ１６４を介して、２つ以上の第１の電極１３８、ａ１、...、ｆ５のグループに接続される。例えば、第１の送信機出力１６２_１は、マルチプレクサ１６４_１によって第１の電極ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、及びｆ５に接続される。マルチプレクサ１６４_１、...、１６４_６は、送信機スイッチネットワーク１６５（例えば、コントローラ１３６によって提供される、またはその一部を形成する）によって提供されてよい（またはその一部を形成することができる）。

各マルチプレクサ１６４からの出力は、第３の光容量センサ１３７内で空間的にグループ化された第１の電極のサブセット（例えば、ａ１、ａ２、ａ３、ａ４）に接続される。換言すると、各送信機出力１６２は、第３の光容量センサ１３７の特定のストライプまたはストリップに対応する第１の電極１３８、ａ１、...、ｆ５に多重化することができる。第１の電極１３８、ａ１、...、ｆ５の異なるグループに対応するストライプは、図３１において水平鎖線によって示される。

各送信機出力１６２が送信機スイッチネットワーク１６５によって接続される出力は、コントローラ１３６のプロセッサ（図示せず）によって提供される第１の制御信号１６６によって管理される。一般に、コントローラ１３６は、駆動モジュール１６１などの特定の要素に加えて、１つまたは複数のデジタル電子プロセッサ（図示せず）、ランダムアクセスメモリ（図示せず）、及び不揮発性ストレージ（図示せず）を含み得る。駆動モジュール１６１、送信機スイッチネットワーク１６４、及び以下に記載するコントローラ１３６のさらなる構成要素は、ハードウェア回路によって、コントローラ１３６の１つまたは複数のプロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールによって、またはハードウェアとソフトウェアの組み合わせによって提供されてよい。

第１の電極１３８、ａ１、...、ｆ５の間隔は、測定したい反射パターンの解像を可能にするために十分に細かくあるべきである。例えば、指紋測定の場合、第１の電極１３８、ａ１、...、ｆ５のピッチは５０μｍのオーダーであってよく、各送信機チャネル１６２は、マルチプレクサ１６４によって、８０個の別個の第１の電極１３８、ａ１、...、ｆ５（図３１は、見やすくするために５分割のみを示している）の領域に接続されてよい。対照的に、典型的な投影型静電容量式タッチセンシングパネルは、数ｍｍ、例えば５ｍｍの電極ピッチを使用することができる。

スキャン時間を短縮するために、各送信機出力１６２_１、...、１６２_６は、駆動信号１２８、１３０の周波数分割多重化を使用して同時に駆動されて、チャネルのグループ間のクロストークを最小限に抑えることができる。

投影型静電容量センシングの場合、各グループ（例えば、ａ１～ａ５、またはｅ１～３５）内のすべての電極をスキャンするのは、時間がかかりすぎる、及び／または不必要な場合がある。代わりに、第１の電極１３８、ａ１、...、ｆ５のサブセットが、投影型静電容量モードのために駆動してよい。例えば、ａ３、ｂ３、ｃ３、ｄ３、ｅ３、及びｆ３など、送信機チャネル１６２ごとに１つの第１の電極１３８のみを使用することができる。

代替として、投影型静電容量センシング中に、グループごとに２つ以上（またはすべて）の第１の電極１３８をまとめて駆動するために（スイッチネットワーク１６６を使用して）一緒に接続することができる。例えば、第１の電極ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４、及びｂ５は、一緒に接続され、投影型静電容量センシングモードで単一の電極として駆動することができる。

投影型静電容量センシングモードがユーザタッチを検出することに応答して、送信機スイッチネットワーク１６５を使用して、高解像度光容量測定のために、測定領域１４９に対応するすべての第１の電極１３８、ａ１、...、ｆ５をアドレス指定して駆動することができる。例えば、ユーザの指を低解像度で検出し、続いて測定領域１４９を高解像度でスキャンして、ユーザの指紋を抽出することができる。これを、記憶したデータと比較して、ユーザが電話のロックを解除すること、またはバンキングアプリなどの高セキュリティアプリケーション（または「アプリ」）を開くことを許可するかどうかを判断することができる。

さらに、一部の例では、光容量スキャンの前に、相互作用領域１４７のサイズ及び／または形状の精密推定を取得するために、第１の電極１３８のａ１、...、ｆ５の大部分を使用して、粗く検出されたタッチ位置に限局して第２の投影型静電容量スキャンを行うことができる。

第２の電極１３９は、第１の電極１３８と同様の寸法であり、例えば同じピッチである。以下の説明のために、第３の光容量性センサ１３７の第２の電極１３９は、図３１においてｇ１～ｋ５までラベル付けされている。

受信側では、第２の電極１３９、ｇ１、...、ｋ５のグループが、各マルチプレクサ１６８によって各増幅器１７２に接続される。例えば、第２の電極ｇ１、ｇ２、ｇ３、ｇ４、及びｇ５は、マルチプレクサ１６８_１によって第１の増幅器１７２_１に接続される。構成は送信機側に類似しており、第２の電極１３９の各グループ（例えば、ｈ１～ｈ５、ｊ１～ｊ５など）は、図３１に垂直の点線で示されている第３の光容量センサ１３７のストリップまたはストライプに対応する。

マルチプレクサ１６８_１、...、１６８_５は、受信機スイッチネットワーク１６７によって提供される、またはその一部として形成される。受信機スイッチネットワーク１６７は、駆動モジュール１６１及び／または送信機スイッチネットワーク１６５と同様にコントローラ１３６の一部である。受信機スイッチネットワーク１６７を通る接続経路は、コントローラ１３６のプロセッサ（図示せず）によって提供される第２の制御信号１６９によって管理される。

投影型静電容量センシングモードの場合の第１の電極１３８、ａ１、...、ｆ５のアドレス指定と同様に、第２の電極１３９、ｇ１、...、ｋ５のそれぞれをスキャンまたは監視する必要はない。代わりに、マルチプレクサ１６８ごとに１つの第２の電極１３９を監視してよく、例えば、第２の電極１３９、ｇ３、ｈ４、ｉ３、ｊ３、及びｋ３を、投影型静電容量によるタッチセンシングに関して監視してよい。同様に、２つ以上の第２の電極１３９、ｇ１、...、ｋ５を一緒に接続し、単一の電極として監視することができる。

各増幅器１７１_１、...、１７１_５の出力は、それぞれの帯域通過フィルタ１７４_１、...、１７４_５を通過し、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）１７５_１、...、１７５_５によってデジタル領域に変換される。増幅器１７１、フィルタ１７４、及びＡＤＣの各セットは、フロントエンドモジュール１７１の受信機チャネルを構成する。フロントエンドモジュール１７１は、駆動モジュール１６１、送信機スイッチネットワーク１６５及び受信機スイッチネットワーク１６７と同様に、コントローラ１３６によって提供される、またはその一部として形成される。受信機出力１７０_１、...、１７０_５は、投影型静電容量モードのタッチ位置と光容量モードの物体３９の反射パターンとを決定するために、コントローラ１３６のプロセッサ（図示せず）に渡される。

このように、既存の投影型静電容量式タッチコントローラを使用する従来のタッチセンシングは、制御電子回路の変更を最小限に抑えて、同じタッチコントローラを使用する光容量測定と組み合わせることができる。さらに、光容量性材料２の層１４０が静電容量式タッチセンサ／タッチスクリーンの既存の任意の誘電体層に置き換わることができるので、タッチセンサ積層体または構造に必要な変更は最小限である。

指紋の生体認証では、投影型静電容量測定値に基づいて決定された測定領域１４９のみをスキャンすることが有利であるが、アレイ３６内のすべての光容量１４１をスキャンすることが有用な用途もある。例えば、組み合わされた読み出し構成１３５及び第１のアドレス指定方式１６０で構成された電話またはタブレットコンピュータを使用して、文書をスキャンしてファイルにすることができる。

同様に、ユーザは、テクスチャ、素材、生地などをスキャンするために、本明細書に記載のように装備及び構成されたデバイスを使用することができる。光容量性スキャンを使用して取得した情報はオンラインストアに送信され、ユーザが購入したい適合したテクスチャ、素材、生地などを特定するのに役立つ。

図３１は、第３の投影型静電容量センサ１３７の全領域にわたる細かいピッチへの第１の電極１３８及び第２の電極１３９の再分割を示しているが、他の例では、ハイブリッドアドレス指定方式が使用されてよい。例えば、一部の送信機出力１６２のみが、細かい解像度の第１の電極１６８（及び、同様に、第２の電極１６９及び受信機チャネルに対して）多重化されてよく、その結果、電極の総数と製造の複雑さを軽減しながら、細かい解像度の第１の電極１６８及び第２の電極１６９が交差する領域が、高解像度の光容量測定（例えば、生体認証のための指紋の測定など）に使用することができる。

第１のアドレス指定方式１６０は、第３の光容量センサ１３７を使用して示されているが、同じまたは同等のアドレス指定方式が、第１の光容量センサ３２または第２の光容量センサ４７に適用されてよい。

図３２も参照すると、第２のアドレス指定方式１８０が示されている。

第２のアドレス指定方式１８０は、送信機チャネル１６２と第１の電極１３８、ａ１、...、ｇ５との間のルーティング、及び第２の電極１３９、ｇ１、...、ｋ５と受信機チャネル１７２、１７４、１７５との間のルーティングを除いて、第１のアドレス指定方式１６０と同一である。

特に、第１の電極１３８、ａ１、...、ｆ５の空間的にグループ化されたサブセットに接続される代わりに、マルチプレクサ１６４_１、...、１６４_６の出力は、第１の電極１３８、ａ１、...、ｆ５の１つまたは複数の空間的にグループ化されたサブセット内で、そのグループの各第１の電極１３８、ａ１、...、ｆ５が、それぞれのマルチプレクサ１６４を介して異なる送信機出力１６２に接続可能なようにインターリーブされる。例えば、図３２のマルチプレクサ１６４_２の出力は、第１の電極ｂ１、ｃ２、ｄ３、ｅ４及びｆ５に接続されている。一方、測定領域１４９に対応する第１の電極ｅ１、ｅ２、ｅ３、ｅ４、及びｅ５は、それぞれのマルチプレクサ１６４_１、１６４_２、１６４_３、１６４_４、１６４_５（周波数分割多重化駆動信号１３０を使用）を介して、それぞれの送信機出力１６２_１、１６２_２、１６２_３、１６２_４、及び１６２_５によって同時に駆動することができる。受信機スイッチネットワーク１６７も同様に構成される。

この第２のアドレス指定方式１８０は、第１のアドレス指定方式１６０よりも複雑であるが、間隔の狭い電極１３８、１３９を同時に駆動及び／または監視する能力があるため、例えばユーザの指紋を測定するためのより高速な高解像度光容量スキャンを可能にすることができる。

手／手のひら検出
投影型静電容量測定を使用してタッチ位置を特定し、続いて高解像度の光容量スキャンによって、例えば指紋を取得する方法について記載したが、本明細書のシステム及び方法は、瞬時の単一のタッチ及び／または指紋に限定されない。

例えば、図３３Ａ～３３Ｃも参照すると、手／手のひら全体を検出することができる。

特に図３３ａを参照すると、ユーザの手１８２は（通常）５本の指１４６_１、...、１４６_５を有する。

特に図３３Ｂを参照すると、手全体が入力面３０に押し付けられた場合、対応する相互作用領域１４７は手の輪郭に対応する。

装置１１１が、投影型静電容量能力と光容量能力を、例えば、別個の読み出し構成１２４、時分割多重読み出し構成１３２、または組み合わされた読み出し構成１３５を使用して組み合わせることによって、適切な測定領域１４７（必要に応じて暗領域１４８）を決定するために、１つまたは複数の相互作用領域１４７の形状及び／またはサイズを分析するようにさらに構成することができる。

特に図３３Ｃを参照すると、装置１１１は、ユーザ相互作用、すなわち検出された相互作用領域１４７が、入力面３０と接触しているユーザの手１８２の全部または一部に対応するかどうかを判断し、その検出された相互作用領域１４７がユーザの手の全部または一部に対応すると判断することに応答して、指１４６_１、...、１４６_５の端に対応する指紋領域の形で１つまたは複数の測定領域１４９を決定することができる。図３３Ｃに示す例では、装置１１１は、各指及び親指の端を識別し、対応する測定領域１４９_１、...、１４９_５を割り当てる。次に、各測定（指紋）領域１４９_１、...、１４９_５に対応する光容量を測定することができる。

他の測定領域１４９も画定することができる、例えば、セキュリティを強化するために、ユーザの手のひらの皮膚隆線のパターンを指紋データに追加することができる。

測定領域１４９の異なるサイズ及び／または形状は、異なる色の光源３１を使用する光容量イメージングのために規定することができる。例えば、図３３Ｄも参照すると、測定領域１８３_１、...、１８３_５は、表面下静脈のＩＲイメージング（好ましくは、近ＩＲ、ＮＩＲ）のために画定されてよい。静脈イメージング用の測定領域１８３₁、...、１８３_５は、指紋用のそれぞれの測定領域１４９_１、...、１４９_５よりも各指１４６_１、...、１４６_５に沿ってさらに延びていてよい。ユーザの皮膚の下の静脈のパターンも特徴的であり、スプーフィング（複製を使用した偽造など）が困難であるため、静脈イメージングはスプーフィングの防止に役立ち得る。スキャン時間と消費電力を削減するために、指紋スキャンよりも静脈イメージングのスキャン解像度を低くすることができる。

認証目的では、より大きな異なるパターンのうちの類似領域の一致を避けるために、十分に広い領域が測定されることを保証する必要がある。

図３４Ａも参照すると、ユーザの指１４６と入力面３０との第１の接触領域１８４_１が示されており、グリッドを形成する破線によって視覚的に示される投影型静電容量スキャンの解像度が示されている。対応する第１の相互作用領域１４７_１を図３４Ｂに示す。

図３５Ａも参照すると、ユーザの指１４６と入力面３０との第２の接触領域１８４_２が示されており、対応する第２の相互作用領域１４７_２が図３５Ｂに示されている。

図３６Ａも参照すると、ユーザの指１４６と入力面３０との第３の接触領域１８４_３が示されており、対応する第３の相互作用領域１４７_３が図３６Ｂに示されている。

接触領域１８４の異なるサイズは、ユーザが指１４６を入力面３０に押し付ける異なる圧力に関連する。一般に、指１４６を強く押すほど、接触領域１８４が大きくなり、対応する指紋／親指の指紋のより多くが、光容量スキャンのための入力面３０に接触する、または十分に接近する。

装置１１１は、相互作用領域１４７_１、１４７_２、１４７_３のみを測定するため、相互作用領域１４７_１、１４７_２、１４７_３の面積（及び任意の形状）を分析する必要がある。１つまたは複数の認められたパターン１１９のセットに対する光容量のパターンの比較は、相互作用領域１４７（より具体的には、異なる場合は対応する測定領域）が最小面積を超えることを条件として行うことができる。例えば、第１の相互作用領域１４７_１及び第２の相互領域１４７_２は十分に大きく（例えば、閾値を超える）、指紋／親指の指紋の有意の割合を取得することができると判断され得るが、第３の相互作用領域１４７_３は小さすぎる可能性がある。

相互作用領域１４７のサイズは、投影型静電容量測定値のみに基づいて、または投影型静電容量測定値と光容量測定値との組み合わせを使用して決定することができる。

装置１１１がディスプレイを含み、相互作用領域１４７が比較には不十分であると判断される場合、より完全な測定が可能になるように、指（または手のひらなど）を置きなおすように及び／またはもっと強く押し付けるようにユーザに知らせるメッセージを表示するようにディスプレイを制御することができる。

送信ベースの光容量センシング
光コンデンサ３２、４７、１４１を使用して、入力面に接触または近接する（例えば＜１ｍｍ）物体３９から反射される光源３１からの光を検出するように構成される例を記載した。

しかし、光コンデンサ３２、４７、１４１のアレイ３６、及び前述の関連する読み出し及びアドレス指定方式は、他の用途に適用することもできる。

例えば、図３７も参照すると、プレゼンテーションシステム１９０が示されている。

プレゼンテーションシステム１９０は、入力面３０と、入力面３０を透過する光源１９３からの光１９２を受け取るように配置された光コンデンサ３２、４７、１４１のアレイ３６とを含む第４の光容量センサ１９１を含む。光源１９３は、高度にコリメートされた光源であり、発散角１９４が小さく、例えばレーザポインタである。光コンデンサ３２、４７、１４１のアレイ３６の要素間の間隔は、レーザ点スポットを検出するように構成されるべきであり、例えば、約１ｍｍから５ｍｍの間である。プレゼンテーションシステム１９０はまた、第４の光容量センサ１９１の光容量を監視するように構成されたコントローラ１９５を含む。

ここでの入力面３０は、大型ディスプレイ画面、プロジェクタが向けられるスマートスクリーン、及び視聴者に対して大規模にコンテンツを表示する同様のシステムに対応し得る。第４の光容量センサ１９１を追加することにより、発表者は、レーザポインタを使用して表示されたコンテンツと相互作用し、マウスまたはトラックボールと同様の機能のカーソルを提供することができる。

特許請求の範囲は、本願において、特徴の特定の組み合わせに対して説明したが、当然ながら、本発明の開示の範囲は、明示的もしくは暗示的のどちらかで本明細書に開示する任意の新規特徴もしくは特徴の任意の新規組み合わせまたはそれらの任意の一般化をも、それらがいずれかの請求項で現在特許請求されているのと同じ発明に関するか否か、及びそれらが本発明が軽減するのと同じ技術的な問題のいずれかまたはすべてを軽減するか否かに関わらず、含む。出願人は、本明細書により、本願の、またはそこから派生する任意の追加の出願の遂行中に、新しい請求項が、そのような特徴及び／またはそのような特徴の組み合わせに対して考案され得る旨を通知する。

Claims (33)

1. 入力面と、
   前記入力面の照射部分を照射するように配置された１つまたは複数の光源と、
   前記入力面の前記照射部分と接触または近接する物体から反射される前記１つまたは複数の光源からの光を受け取るように配置された光コンデンサのアレイと
   を含み、
   前記光コンデンサのアレイは、前記物体の反射パターンを検出するように構成された、光容量センサと、
   前記光容量センサに接続され、前記光コンデンサのアレイの容量を測定するように構成されたコントローラと
   を含む装置であって、
   前記コントローラは、
   前記光コンデンサのアレイの少なくともサブセットの容量を測定することと、
   前記光コンデンサのアレイの前記サブセットの前記容量に基づいて相互作用領域を特定することと、
   前記相互作用領域に対応する各光源を停止することと、
   前記相互作用領域に対応する各光コンデンサの投影型静電容量成分を測定することと、
   前記相互作用領域に対応する光源の少なくともサブセットを作動させることと、
   前記相互作用領域に対応する各光コンデンサの総容量を測定することと、
   総容量と前記各投影型静電容量成分との差に基づいて、前記相互作用領域に対応する光容量成分を特定することと
   を含むように構成される
   装置。
2. 前記光コンデンサのアレイが、指紋を検出するように構成される、請求項１に記載の装置。
3. 前記１つまたは複数の光源が指向性であり、前記入力面に向かって光を放射し、
   前記１つまたは複数の光源は、前記光コンデンサのアレイと前記入力面との間に配置される、請求項１または請求項２に記載の装置。
4. 前記光コンデンサのアレイが、前記１つまたは複数の光源と前記入力面との間に配置され、前記光容量センサが、
   前記１つまたは複数の光源と前記光コンデンサのアレイとの間に配置され、前記光コンデンサが感知する波長範囲内の前記１つまたは複数の光源による直接照射から前記光コンデンサを遮蔽するように構成された光減衰層
   をさらに含む、
   請求項１または請求項２に記載の装置。
5. 前記１つまたは複数の光源が、１つまたは複数の赤外線エミッタを含む、請求項１～４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記１つまたは複数の光源が、赤、緑、及び青のエミッタから選択される１つまたは複数のエミッタを含む、請求項１～５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記光コンデンサのアレイが、
   第１の方向に延在し、第２の方向に離間された複数の第１の電極と、ここで前記第２の方向は、前記第１の方向とは異なっており、
   前記第２の方向に延在し、前記第１の方向に離間された複数の第２の電極と、
   前記第１の電極と前記第２の電極の各交点が前記アレイの光コンデンサを提供するように、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置された光容量性材料の層と
   を含む、請求項１～６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記光コンデンサのアレイが、
   第１の方向に延在し、第２の方向に離間された複数の第１の電極と、ここで前記第２の方向は、前記第１の方向とは異なっており、
   前記第２の方向に延在し、前記第１の方向に離間された複数の第２の電極と
   を含み、
   前記複数の第１の電極と前記複数の第２の電極とは、実質的に同一平面上にあり、前記第１の電極と前記第２の電極の各交点が前記アレイの光コンデンサを提供するように、光容量性材料の層上にまたは前記層より上に配置される、
   請求項１～６のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記光容量センサは、カバーレンズ及びディスプレイ積層体を有するディスプレイ画面を備えており、前記ディスプレイ積層体は、前記光容量センサを含み、前記カバーレンズは、前記入力面を提供する、請求項１～８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記ディスプレイ積層体がバックライト層を含み、
    前記バックライト層は前記１つまたは複数の光源を提供する、または前記バックライト層は前記１つまたは複数の光源を含む、
    請求項９に記載の装置。
11. 前記ディスプレイ積層体が、発光ダイオードのアレイの形の画素層を含み、
    前記発光ダイオードのアレイは、前記１つまたは複数の光源を提供する、または前記発光ダイオードのアレイは、前記１つまたは複数の光源を含む、
    請求項９に記載の装置。
12. 前記ディスプレイ積層体が薄膜トランジスタ層を含み、
    前記薄膜トランジスタ層は前記光コンデンサのアレイを提供する、または前記薄膜トランジスタ層は前記光コンデンサのアレイを含む、
    請求項９～１１のいずれか１項に記載の装置。
13. 前記ディスプレイ積層体が、薄膜トランジスタ層と、別個の光コンデンサ層とを含む、請求項９～１１のいずれか１項に記載の装置。
14. 前記ディスプレイ積層体が表示領域を有し、
    前記入力面の前記照射部分が前記表示領域の第１の領域に対応する、請求項９～１３のいずれか１項に記載の装置。
15. 前記光容量センサと同一の第２の光容量センサをさらに含み、
    前記第２の光容量センサは、前記表示領域の前記第１の領域とは異なる第２の領域に対応する前記入力面の一部に関連付けられる、請求項１４に記載の装置。
16. 前記ディスプレイ積層体が表示領域を有し、前記入力面の前記照射部分が前記表示領域に実質的に対応する、請求項９～１３のいずれか１項に記載の装置。
17. 前記ディスプレイ積層体が、投影型静電容量式タッチセンシングのための導電性トレースを含む、請求項９～１６のいずれか１項に記載の装置。
18. 前記光容量センサを含むアクセス制御デバイスを備えた、請求項１～８のいずれか１項に記載の装置。
19. 前記ディスプレイ画面を含むアクセス制御デバイスを備えた、請求項９～１７のいずれか１項に記載の装置。
20. 投影型静電容量測定値を使用してユーザ相互作用を検出することに応答して、
    前記ユーザ相互作用が、前記入力面に接触しているユーザの手の全部または一部に対応するかどうかを判断し、
    前記ユーザ相互作用がユーザの手の全部または一部に対応すると判断することに応答して、１つまたは複数の指紋領域を決定し、
    １つまたは複数の指紋領域を決定することに応答して、各指紋領域に対応する光容量を測定する
    ように構成された、請求項１～１９のいずれか１項に記載の装置。
21. 前記コントローラは、前記入力面より上にまたは前記入力面に接触した前記物体が無い状態で前記１つまたは複数の光源が照射させられるとき、前記光コンデンサのアレイの前記測定された容量に対応する基準フレームを記憶し、
    前記コントローラは、前記光コンデンサのアレイから測定された前記容量から前記基準フレームを減算するようにさらに構成される、
    請求項１～２０のいずれか１項に記載の装置。
22. 前記コントローラが、前記１つまたは複数の光源からの発光を制御するようにさらに構成される、または、
    第２のコントローラが、前記１つまたは複数の光源からの発光を制御するように構成される、
    請求項１～２１のいずれか１項に記載の装置。
23. 投影型静電容量を使用してタッチを検出することに応答して、前記コントローラが前記光コンデンサのアレイの容量を測定するようにさらに構成される、請求項１～２２のいずれか１項に記載の装置。
24. 投影型静電容量を使用したタッチの検出に応答して、
    前記コントローラが、前記１つまたは複数の光源を照射させ、
    前記コントローラは、前記光コンデンサのアレイの容量を測定するようにさらに構成される、請求項１～２２のいずれか１項に記載の装置。
25. 投影型静電容量を使用したタッチの検出に応答して、
    前記第２のコントローラが、前記１つまたは複数の光源を照射させ、
    前記コントローラは、前記光コンデンサのアレイの容量を測定するようにさらに構成される、請求項２２に記載の装置。
26. 前記１つまたは複数の光源が、１つまたは複数の赤外光源と１つまたは複数の赤色光源とを含み、前記コントローラが、
    前記赤外光源を照射させ、前記光コンデンサのアレイから容量の第１のセットを測定し、
    前記赤色光源を照射させ、前記光コンデンサのアレイから容量の第２のセットを測定する
    ように構成され、
    前記コントローラは、前記容量の第１のセットと前記容量の第２のセットを比較して、前記入力面より上または前記入力面に接触している物体が人間の皮膚に対応するかどうかを判断するように構成されている、
    請求項１～２４のいずれか１項に記載の装置。
27. 前記コントローラが、前記１つまたは複数の赤外光源及び前記光容量センサを制御して、前記物体に含まれる１つまたは複数の静脈を検出及び／または画像化するようにさらに構成される、請求項２６に記載の装置。
28. 前記１つまたは複数の光源が、１つまたは複数の赤外光源と１つまたは複数の赤色光源とを含み、前記第２のコントローラが、
    前記赤外光源を照射させ、前記光コンデンサのアレイから容量の第１のセットを測定し、
    前記赤色光源を照射させ、前記光コンデンサのアレイから容量の第２のセットを測定する
    ように構成され、
    前記コントローラは、前記容量の第１のセットと前記容量の第２のセットを比較して、前記入力面より上または前記入力面に接触している物体が人間の皮膚に対応するかどうかを判断するように構成されている、
    請求項２２に記載の装置。
29. 前記装置が、
    前記アレイを使用して測定された容量のパターンを、１つまたは複数の認められたパターンのセットと比較し、
    前記アレイを使用して測定された前記容量のパターンが前記１つまたは複数の認められたパターンのうちのある認められたパターンと一致することに応答して、信号を出力する
    ように構成される、請求項１～２８のいずれか１項に記載の装置。
30. 前記１つまたは複数の認められたパターンのセットに対する前記容量のパターンの比較が、前記測定された容量のパターンが最小面積を超える相互作用領域に対応することが条件である、請求項２９に記載の装置。
31. 請求項１から３０のいずれか１項に記載の装置を使用して、前記光コンデンサのアレイの容量を測定する方法。
32. 前記入力面より上にまたは前記入力面に接触した前記物体が無い状態で前記１つまたは複数の光源が照射させられるとき、前記光コンデンサのアレイの前記測定された容量に対応する基準フレームを読み出すまたは取得することと、
    前記光コンデンサのアレイを使用して測定された前記容量から前記基準フレームを減算することと
    をさらに含む、請求項３１に記載の方法。
33. 前記アレイを使用して測定された容量のパターンを、１つまたは複数の認められたパターンのセットと比較することと、
    前記アレイを使用して測定された前記容量のパターンが前記１つまたは複数の認められたパターンのうちのある認められたパターンと一致することに応答して、信号を出力することと
    をさらに含む、請求項３１に記載の方法。