JP7536246B2 - 検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、検出装置に関する。

指紋パターンや血管パターンを検出可能な光センサが知られている（例えば、特許文献１）。このような光センサでは、活性層として有機半導体材料が用いられたフレキシブルなシートセンサが知られている。

特開２００９－３２００５号公報

光センサでは、検出の際に逆バイアス電圧が供給され、感度特性が経時的に変化する可能性がある。

本発明は、感度特性の変化を抑制することが可能な検出装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の検出装置は、基板の上に配列された複数の光センサを有する検出装置であって、複数の前記光センサは、それぞれ、第１フォトダイオードと、前記第１フォトダイオードと直列に、かつ、逆方向に接続される第２フォトダイオードと、を有する。

図１は、第１実施形態に係る検出装置を示す平面図である。 図２は、第１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３は、検出装置を示す回路図である。 図４は、複数の部分検出領域を示す回路図である。 図５は、光センサのダイオード特性の一例を示す図である。 図６は、センサ部の概略断面構成を示す断面図である。 図７は、検出装置の動作例を表すタイミング波形図である。 図８は、図７における読み出し期間の動作例を表すタイミング波形図である。 図９は、バイアス電圧と検出値との関係を模式的に示すグラフである。 図１０は、検出装置の駆動方法の一例を説明するための説明図である。 図１１は、変形例に係る部分検出領域の一部を示す回路図である。 図１２は、変形例に係る光センサの概略断面構成を示す断面図である。 図１３は、変形例に係る光センサの波長感度特性を模式的に示すグラフである。 図１４は、第２実施形態に係る検出装置を示す回路図である。

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発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

本明細書及び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。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る検出装置を示す平面図である。図１に示すように、検出装置１は、センサ基材２１と、センサ部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、第１光源基材５１と、第２光源基材５２と、第１光源６１と、第２光源６２と、を有する。第１光源基材５１には、複数の第１光源６１が設けられる。第２光源基材５２には複数の第２光源６２が設けられる。

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及び電源回路１２３が設けられている。制御回路１２２は、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）である。制御回路１２２は、センサ部１０、ゲート線駆動回路１５及び信号線選択回路１６に制御信号を供給して、センサ部１０の検出動作を制御する。また、制御回路１２２は、第１光源６１及び第２光源６２に制御信号を供給して、第１光源６１及び第２光源６２の点灯又は非点灯を制御する。電源回路１２３は、駆動信号ＶＤＤＳＮＳ（図４参照）等の電圧信号をセンサ部１０、ゲート線駆動回路１５及び信号線選択回路１６に供給する。また、電源回路１２３は、電源電圧を第１光源６１及び第２光源６２に供給する。

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、センサ部１０が有する複数の光センサＰＤ（図４参照）が設けられた領域である。周辺領域ＧＡは、検出領域ＡＡの外周と、センサ基材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及び信号線選択回路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、センサ部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。

複数の第１光源６１は、第１光源基材５１に設けられ、第２方向Ｄｙに沿って配列される。複数の第２光源６２は、第２光源基材５２に設けられ、第２方向Ｄｙに沿って配列される。第１光源基材５１及び第２光源基材５２は、それぞれ、制御基板１２１に設けられた端子部１２４、１２５を介して、制御回路１２２及び電源回路１２３と電気的に接続される。

複数の第１光源６１及び複数の第２光源６２は、例えば、無機ＬＥＤ（Light Emitting Diode）や、有機ＥＬ（ＯＬＥＤ：Organic Light Emitting Diode）等が用いられ
る。複数の第１光源６１及び複数の第２光源６２は、それぞれ異なる波長の第１光及び第２光を出射する。

第１光源６１から出射された第１光は、主に指Ｆｇ等の被検出体の表面で反射されセンサ部１０に入射する。これにより、センサ部１０は、指Ｆｇ等の表面の凹凸の形状を検出することで指紋を検出することができる。第２光源６２から出射された第２光は、主に指Ｆｇ等の内部で反射し又は指Ｆｇ等を透過してセンサ部１０に入射する。これにより、センサ部１０は、指Ｆｇ等の内部の生体に関する情報を検出できる。生体に関する情報とは、例えば、指Ｆｇや掌の脈波、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、５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下、例えば５５０ｎｍ程度の波長を有し、第２光は、７８０ｎｍ以上９５０ｎｍ以下、例えば８５０ｎｍ程度の波長を有していてもよい。この場合、第１光は、青色又は緑色の可視光であり、第２光は、赤外光である。センサ部１０は、第１光源６１から出射された第１光に基づいて、指紋を検出することができる。第２光源６２から出射された第２光は、指Ｆｇ等の被検出体の内部で反射し又は指Ｆｇ等を透過・吸収されてセンサ部１０に入射する。これにより、センサ部１０は、指Ｆｇ等の内部の生体に関する情報として脈波や血管像（血管パターン）を検出できる。

又は、第１光は、６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下、例えば６６０ｎｍ程度の波長を有し、第２光は、７８０ｎｍ以上９００ｎｍ以下、例えば８５０ｎｍ程度の波長を有していてもよい。この場合、第１光源６１から出射された第１光及び第２光源６２から出射された第２光に基づいて、センサ部１０は、生体に関する情報として、脈波、脈拍や血管像に加えて、血中酸素飽和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及び複数の第２光源６２を有しているので、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。

なお、図１に示す第１光源６１及び第２光源６２の配置は、あくまで一例であり適宜変更することができる。検出装置１は、光源として複数種類の光源（第１光源６１と第２光源６２）が設けられている。ただし、これに限定されず、光源は１種類であってもよい。例えば、第１光源基材５１及び第２光源基材５２のそれぞれに、複数の第１光源６１及び複数の第２光源６２が配置されていてもよい。また、第１光源６１及び第２光源６２が設けられる光源基材は１つ又は３つ以上であってもよい。あるいは、光源は、少なくとも１つ以上配置されていればよい。ただし、これに限定されず、検出装置１（第１フォトダイオードＰＤａと第２フォトダイオードＰＤｂ（図４参照））が検出感度を有する異なる波長領域にわたる光を出射する１種類の光源であってもよい。

図２は、第１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２に示すように、検出装置１は、さらに検出制御部１１と検出部４０と、有する。検出制御部１１の機能の一部又は全部は、制御回路１２２に含まれる。また、検出部４０のうち、検出回路４８以外の機能の一部又は全部は、制御回路１２２に含まれる。

センサ部１０は、複数の光センサＰＤを有する。センサ部１０が有する光センサＰＤはフォトダイオードであり、照射される光に応じた電気信号を、検出信号Ｖｄｅｔとして信号線選択回路１６に出力する。また、センサ部１０は、ゲート線駆動回路１５から供給されるゲート駆動信号Ｖｇｃｌにしたがって検出を行う。

検出制御部１１は、ゲート線駆動回路１５、信号線選択回路１６及び検出部４０にそれぞれ制御信号を供給し、これらの動作を制御する回路である。検出制御部１１は、スタート信号ＳＴＶ、クロック信号ＣＫ、リセット信号ＲＳＴ１等の各種制御信号をゲート線駆動回路１５に供給する。また、検出制御部１１は、選択信号ＡＳＷ等の各種制御信号を信号線選択回路１６に供給する。また、検出制御部１１は、各種制御信号を第１光源６１及び第２光源６２に供給して、それぞれの点灯及び非点灯を制御する。

ゲート線駆動回路１５は、各種制御信号に基づいて複数のゲート線ＧＣＬ（図３参照）を駆動する回路である。ゲート線駆動回路１５は、複数のゲート線ＧＣＬを順次又は同時に選択し、選択されたゲート線ＧＣＬにゲート駆動信号Ｖｇｃｌを供給する。これにより、ゲート線駆動回路１５は、ゲート線ＧＣＬに電気的に接続された複数の光センサＰＤを選択する。

信号線選択回路１６は、複数の信号線ＳＧＬ（図３参照）を順次又は同時に選択するスイッチ回路である。信号線選択回路１６は、例えばマルチプレクサである。信号線選択回路１６は、検出制御部１１から供給される選択信号ＡＳＷに基づいて、選択された信号線ＳＧＬと検出回路４８とを電気的に接続する。これにより、信号線選択回路１６は、光センサＰＤの検出信号Ｖｄｅｔを検出部４０に出力する。

検出部４０は、検出回路４８と、信号処理部４４と、座標抽出部４５と、記憶部４６と、検出タイミング制御部４７と、画像処理部４９と、出力処理部５０とを備える。検出タイミング制御部４７は、検出制御部１１から供給される制御信号に基づいて、検出回路４８と、信号処理部４４と、座標抽出部４５と、画像処理部４９と、が同期して動作するように制御する。

検出回路４８は、例えばアナログフロントエンド回路（ＡＦＥ、Analog Front End）である。検出回路４８は、少なくとも検出信号増幅部４２及びＡ／Ｄ変換部４３の機能を有する信号処理回路である。検出信号増幅部４２は、検出信号Ｖｄｅｔを増幅する。Ａ／Ｄ変換部４３は、検出信号増幅部４２から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する。

信号処理部４４は、検出回路４８の出力信号に基づいて、センサ部１０に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、血中酸素濃度等である。

また、信号処理部４４は、複数の光センサＰＤにより同時に検出された検出信号Ｖｄｅｔ（生体に関する情報）を取得し、これらを平均化する処理を実行してもよい。この場合、検出部４０は、ノイズや、指Ｆｇ等の被検出体とセンサ部１０との相対的な位置ずれに起因する測定誤差を抑制して、安定した検出が可能となる。

記憶部４６は、信号処理部４４で演算された信号を一時的に保存する。記憶部４６は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）、レジスタ回路等であってもよい。

座標抽出部４５は、信号処理部４４において指の接触又は近接が検出されたときに、指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４５は、指Ｆｇや掌の血管の検出座標を求める論理回路である。画像処理部４９は、センサ部１０の各光センサＰＤから出力される検出信号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及び指Ｆｇや掌の血管の形状を示す二次元情報を生成する。なお、座標抽出部４５は、検出座標を算出せずにセンサ出力電圧Ｖｏとして検出信号Ｖｄｅｔを出力してもよい。また、座標抽出部４５及び画像処理部４９は、検出部４０に含まれていない場合であってもよい。

出力処理部５０は、複数の光センサＰＤからの出力に基づいた処理を行う処理部として機能する。具体的には、実施形態の出力処理部５０は、少なくとも、信号処理部４４を経て取得された検出信号Ｖｄｅｔに基づいて、少なくとも脈波データを含むセンサ出力電圧Ｖｏを出力する。実施形態では、後述する各光センサＰＤの検出信号Ｖｄｅｔの出力電圧の変化（振幅）を示すデータを信号処理部４４が出力し、どの出力がセンサ出力電圧Ｖｏに採用されるかを出力処理部５０が決定するが、この両方を信号処理部４４又は出力処理部５０が行うようにしてもよい。なお、出力処理部５０は、座標抽出部４５が求めた検出座標、画像処理部４９が生成した二次元情報等をセンサ出力電圧Ｖｏに含めるようにしてもよい。また、出力処理部５０の機能は、他の構成（例えば、画像処理部４９等）に統合されてもよい。

次に、検出装置１の回路構成例について説明する。図３は、検出装置を示す回路図である。図３に示すように、センサ部１０は、マトリクス状に配列された複数の部分検出領域ＰＡＡを有する。複数の部分検出領域ＰＡＡには、それぞれ光センサＰＤが設けられている。すなわち、複数の光センサＰＤは、センサ基材２１上にマトリクス状に配列される。

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と電気的に接続される。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に電気的に接続される。なお、以下の説明において、複数のゲート線ＧＣＬ（１）、ＧＣＬ（２）、…、ＧＣＬ（８）を区別して説明する必要がない場合には、単にゲート線ＧＣＬと表す。また、図３では説明を分かりやすくするために、８本のゲート線ＧＣＬを示しているが、あくまで一例であり、ゲート線ＧＣＬは、Ｍ本（Ｍは８以上、例えばＭ＝２５６）配列されていてもよい。

信号線ＳＧＬは、第２方向Ｄｙに延在し、第２方向Ｄｙに配列された複数の部分検出領域ＰＡＡの光センサＰＤに電気的に接続される。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に電気的に接続される。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、図３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電気的に接続されていてもよい。また、１つのセンサの実質的な面積は例えば実質５０×５０ｕｍ^２とされ、検出領域ＡＡの解像度は例えば実質５０８ｐｐｉとされ、検出領域ＡＡに配置されるセンサ数は例えば２５２セル×２５６セルとされ、検出領域ＡＡの面積は例えば１２．６×１２．８ｍｍ^２とされる。

ゲート線駆動回路１５は、スタート信号ＳＴＶ、クロック信号ＣＫ、リセット信号ＲＳＴ１等の各種制御信号を、制御回路１２２（図１参照）から受け取る。ゲート線駆動回路１５は、各種制御信号に基づいて、複数のゲート線ＧＣＬ（１）、ＧＣＬ（２）、…、ＧＣＬ（８）を時分割的に順次選択する。ゲート線駆動回路１５は、選択されたゲート線ＧＣＬにゲート駆動信号Ｖｇｃｌを供給する。これにより、ゲート線ＧＣＬに電気的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、血中酸素濃度等）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。

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に電気的に接続される。６本の信号線ＳＧＬ（７）、ＳＧＬ（８）、…、ＳＧＬ（１２）は、共通の出力信号線Ｌｏｕｔ２に電気的に接続される。出力信号線Ｌｏｕｔ１、Ｌｏｕｔ２は、それぞれ検出回路４８に電気的に接続される。

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電気的に接続される。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のゲートに電気的に接続される。

制御回路１２２（図１参照）は、選択信号ＡＳＷを順次選択信号線Ｌｓｅｌに供給する。これにより、信号線選択回路１６は、第３スイッチング素子ＴｒＳの動作により、１つの信号線ブロックにおいて信号線ＳＧＬを時分割的に順次選択する。また、信号線選択回路１６は、複数の信号線ブロックでそれぞれ１本ずつ信号線ＳＧＬを選択する。このような構成により、検出装置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に電気的に接続してもよい。

図３に示すように、リセット回路１７は、基準信号線Ｌｖｒ、リセット信号線Ｌｒｓｔ及び第４スイッチング素子ＴｒＲを有する。第４スイッチング素子ＴｒＲは、複数の信号線ＳＧＬに対応して設けられている。基準信号線Ｌｖｒは、複数の第４スイッチング素子ＴｒＲのソース又はドレインの一方に電気的に接続される。リセット信号線Ｌｒｓｔは、複数の第４スイッチング素子ＴｒＲのゲートに電気的に接続される。

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、基準電位ＣＯＭを基準信号線Ｌｖｒに供給する。これにより、複数の部分検出領域ＰＡＡに含まれる容量素子Ｃａ（図４参照）に基準電位ＣＯＭが供給される。

図４は、複数の部分検出領域を示す回路図である。なお、図４では、検出回路４８の回路構成も併せて示している。図４に示すように、部分検出領域ＰＡＡは、光センサＰＤと、容量素子Ｃａと、第１スイッチング素子Ｔｒとを含む。容量素子Ｃａは、光センサＰＤに形成される容量（センサ容量）であり、等価的に光センサＰＤと並列に電気的に接続される。

図４では、複数のゲート線ＧＣＬのうち、第２方向Ｄｙに並ぶ２つのゲート線ＧＣＬ（ｍ）、ＧＣＬ（ｍ＋１）を示す。また、複数の信号線ＳＧＬのうち、第１方向Ｄｘに並ぶ２つの信号線ＳＧＬ（ｎ）、ＳＧＬ（ｎ＋１）を示す。部分検出領域ＰＡＡは、ゲート線ＧＣＬと信号線ＳＧＬとで囲まれた領域である。

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に電気的に接続される。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に電気的に接続される。第１スイッチング素子Ｔｒのドレインは、光センサＰＤの一端側の第１端子Ｎ１及び容量素子Ｃａに電気的に接続される。

光センサＰＤは、第１フォトダイオードＰＤａと、第２フォトダイオードＰＤｂと、を有する。第１フォトダイオードＰＤａ及び第２フォトダイオードＰＤｂは、光センサＰＤの一端側の第１端子Ｎ１と他端側の第２端子Ｎ２との間で、直列に、かつ逆方向に接続される。なお、「逆方向に接続」とは、第１フォトダイオードＰＤａと、第２フォトダイオードＰＤｂとで整流特性が逆方向になる接続構成を示す。より具体的には、第１フォトダイオードＰＤａのカソードが第１端子Ｎ１に電気的に接続され、第１フォトダイオードＰＤａのアノードと第２フォトダイオードＰＤｂのアノードとが電気的に接続され、第２フォトダイオードＰＤｂのカソードが第２端子Ｎ２に電気的に接続される。

光センサＰＤの第２端子Ｎ２（第２フォトダイオードＰＤｂのカソード）には、駆動信号供給回路１２３ａから駆動信号ＶＤＤＳＮＳが供給される。駆動信号供給回路１２３ａは、電源回路１２３に設けられる。ただし、これに限定されず、駆動信号供給回路１２３ａは、制御回路１２２に設けられていてもよいし、センサ基材２１上に設けられていてもよい。また、信号線ＳＧＬ及び第１端子Ｎ１（容量素子Ｃａ及び光センサＰＤ）には、電源回路１２３から、信号線ＳＧＬ及び第１端子Ｎ１（容量素子Ｃａ及び光センサＰＤ）の初期電位となる基準電位ＣＯＭが供給される。駆動信号ＶＤＤＳＮＳと基準電位ＣＯＭとで、光センサＰＤにバイアス電圧ＶＢが供給される。バイアス電圧ＶＢは、ＶＢ＝ＣＯＭ－ＶＤＤＳＮＳで表される。

光センサＰＤに駆動信号ＶＤＤＳＮＳを供給する駆動信号供給回路１２３ａは、第１電圧信号供給部１２３Ｈと、第２電圧信号供給部１２３Ｌと、スイッチＢＳＷとを備える。第１電圧信号供給部１２３Ｈは、基準電位ＣＯＭよりも高レベル電圧の第１電圧信号ＶＨを供給する回路である。第２電圧信号供給部１２３Ｌは、基準電位ＣＯＭよりも低レベル電圧の第２電圧信号ＶＬを供給する回路である。スイッチＢＳＷは、第１電圧信号供給部１２３Ｈ及び第２電圧信号供給部１２３Ｌと、光センサＰＤの第２端子Ｎ２と、の接続状態を切り替えるスイッチ素子である。スイッチＢＳＷの動作により、駆動信号供給回路１２３ａは、第１電圧信号ＶＨと、第２電圧信号ＶＬとを時分割で光センサＰＤの第２端子Ｎ２に供給する。

駆動信号供給回路１２３ａから、光センサＰＤの第２端子Ｎ２に第１電圧信号ＶＨ（ＶＨ＞ＣＯＭ）が供給された場合、第１フォトダイオードＰＤａが順バイアス駆動され、第２フォトダイオードＰＤｂが逆バイアス駆動される。この場合、第２フォトダイオードＰＤｂが検出を行い、第１フォトダイオードＰＤａには順方向の電流が流れる。例えば、基準電位ＣＯＭは０．７５Ｖとされ、第１電圧信号ＶＨは２．７５Ｖとされる。この場合、バイアス電圧ＶＢは、ＶＢ＝０．７５－２．７５＝－２．０Ｖとなる。

駆動信号供給回路１２３ａから、光センサＰＤの第２端子Ｎ２に第２電圧信号ＶＬ（ＶＬ＜ＣＯＭ）が供給された場合、第１フォトダイオードＰＤａが逆バイアス駆動され、第２フォトダイオードＰＤｂが順バイアス駆動される。この場合、第１フォトダイオードＰＤａが検出を行い、第２フォトダイオードＰＤｂには順方向の電流が流れる。例えば、基準電位ＣＯＭは０．７５Ｖとされ、第２電圧信号ＶＬは－１．２５Ｖとされる。この場合、バイアス電圧ＶＢは、ＶＢ＝０．７５－（－１．２５）＝＋２．０Ｖとなる。

部分検出領域ＰＡＡに光が照射されると、光センサＰＤ（第１フォトダイオードＰＤａ又は第２フォトダイオードＰＤｂ）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に電気的に接続される。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ＰＡＧごとに光センサＰＤに照射される光の光量に応じた信号を検出できる。

検出回路４８は、読み出し期間Ｐｄｅｔ（図７参照）にスイッチＳＳＷがオンになり、信号線ＳＧＬと電気的に接続される。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、反転入力端子（－）には、信号線ＳＧＬが電気的に接続される。実施形態では、基準電位（Ｖｒｅｆ）電圧として基準電位ＣＯＭと同じ信号が入力される。信号処理部４４（図２参照）は、光が照射された場合の検出信号Ｖｄｅｔと、光が照射されていない場合の検出信号Ｖｄｅｔとの差分をセンサ出力電圧Ｖｏとして演算する。また、検出信号増幅部４２は、容量素子Ｃｂ及びリセットスイッチＲＳＷを有する。リセット期間Ｐｒｓｔ（図７参照）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。

ここで、光センサＰＤ（ＯＰＤ：Organic Photo Diode）が形成される有機半導体層
にバラツキが生じた場合、ＯＰＤの特性にバラツキが生じて検出精度が低下する可能性がある。以下、有機半導体層にバラツキが生じた場合の光センサＰＤのダイオード特性について、図５を参照して説明する。

図５は、光センサのダイオード特性の一例を示す図である。図５において、横軸は電流を示し、縦軸は電圧を示している。また、図５において、実線は正常時のダイオード特性を示し、破線はＯＰＤの特性バラツキによる特性変化の一例を示している。

光センサＰＤ（ＯＰＤ：Organic Photo Diode）が形成される有機半導体層のバラツ
キにより、ＯＰＤの逆方向特性が破線で示したように変化する場合がある。これにより、後述する露光期間（実効露光期間）において光センサＰＤに流れる逆方向電流が部分検出領域ＰＡＡごとにバラツキが生じることとなり、検出精度が低下する。

本実施形態では、所定のタイミングで光センサＰＤに順方向バイアス電流を流すことで、ＯＰＤの特性を初期状態（図５に示す実線）に戻す。本開示では、このＯＰＤの特性を初期状態に戻す動作を、「リフレッシュ動作」と称する。

次に、光センサＰＤの構成について説明する。図６は、センサ部の概略断面構成を示す断面図である。図６に示すように、センサ部１０は、センサ基材２１と、ＴＦＴ層２２と、絶縁層２３と、光センサＰＤと、中間層２４と、封止層２５と、保護層２９と、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Ｓ１と、第１面の反対側の第２面Ｓ２とを有する。第１面Ｓ１に、ＴＦＴ層２２、絶縁層２３、光センサＰＤ、中間層２４、封止層２５、保護層２９の順に積層される。本実施形態では、光Ｌ１が第２面Ｓ２側から光センサＰＤに照射される構成について説明する。ただし、これに限定されず、光Ｌ１が第１面Ｓ１側から光センサＰＤに照射される構成であってもよい。

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及びＴＦＴ層２２は、所定の検出領域ごとにセンサを駆動する駆動回路基板であり、バックプレーン又はアレイ基板とも呼ばれる。

絶縁層２３は、有機絶縁層であり、ＴＦＴ層２２の上に設けられる。絶縁層２３は、ＴＦＴ層２２に形成される第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、絶縁層２３の上に第１フォトダイオードＰＤａ、第２フォトダイオードＰＤｂの順に積層される。より具体的には、光センサＰＤは、センサ基材２１の第１面Ｓ１に垂直な方向で、下部電極３５（第１電極）、電子輸送層３３、第１活性層３１ａ、正孔輸送層３２、第２活性層３１ｂ、上部電極３４（第２電極）の順に積層される。

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（図示しない）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、第１フォトダイオードＰＤａのカソード（第１端子Ｎ１）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、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透光性を有する導電材料で形成される。

第１活性層３１ａ及び第２活性層３１ｂ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。第１活性層３１ａ及び第２活性層３１ｂの材料として、有機材料が用いられる。具体的には、第１活性層３１ａ及び第２活性層３１ｂは、ｐ型有機半導体と、ｎ型有機半導体であるｎ型フラーレン誘導体（ＰＣＢＭ）とが混在するバルクヘテロ構造である。第１活性層３１ａ及び第２活性層３１ｂとして、例えば、低分子有機材料であるＣ_６０（フラーレン）、ＰＣＢＭ（フェニルＣ６１酪酸メチルエステル：[6,6]-Phenyl C61 butyric acid methyl ester）、ＣｕＰｃ（銅フタロシアニン：Copper Phthalocyanine）、Ｆ_１６ＣｕＰｃ（フッ素化銅フタロシアニン）、ｒｕｂｒｅｎ
ｅ（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。

第１活性層３１ａ及び第２活性層３１ｂ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、第１活性層３１ａ及び第２活性層３１ｂは、例えば、ＣｕＰｃとＦ１６ＣｕＰｃとの積層膜、又はｒｕｂｒｅｎｅとＣ_６０との積層膜であってもよい。第１活性層３１ａ及び第２活性層３１ｂは、塗布型（Wet Process）で形成することもできる。この場合、第１活性層３１ａ及び第２活性層３１ｂ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。第１活性層３１ａ及び第２活性層３１ｂは、Ｐ
３ＨＴ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。

第１活性層３１ａ及び第２活性層３１ｂは、同じ材料で形成されてもよいし、異なる材料で形成されてもよい。例えば、第１活性層３１ａとして、Ｐ３ＨＴ：ＰＣＭＢ（Ｐ３ＨＴとＰＣＢＭとが混合した状態の膜）を用いることができる。また、第２活性層３１ｂとしてＰＭＤＰＰ３Ｔ（poly[[2,5-bis(2-hexyldecyl)-2,3,5,6-tetrahydro-3,6-dioxopyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4-diyl]-alt-[3′,3′'-dimethyl-2,2′:5′,2′'-terthiophene]-5,5′'-diyl]）：ＰＣＢＭ（[6,6]-Phenyl C61 butyric acid methyl ester）（Ｐ
ＭＤＰＰ３ＴとＰＣＢＭとが混合した状態の膜）を用いることができる。この場合、第１フォトダイオードＰＤａは、可視光（例えば４００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長）に対し感度を有する。第２フォトダイオードＰＤｂは、近赤外光（例えば７８０ｎｍ以上９５０ｎｍ以下の波長）に対し感度を有する。

上部電極３４は、第２フォトダイオードＰＤｂのカソード（第２端子Ｎ２）であり、駆動信号ＶＤＤＳＮＳを光センサＰＤに供給するための電極である。上部電極３４と、下部電極３５とは、第１活性層３１ａ及び第２活性層３１ｂを挟んで対向する。上部電極３４は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）が用いられる。あるいは、上部電極３４は、銀（Ａｇ）等の金属材料、あるいは、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。

電子輸送層３３及び正孔輸送層３２は、第１活性層３１ａ及び第２活性層３１ｂで発生した正孔及び電子が上部電極３４又は下部電極３５に到達しやすくするために設けられる。電子輸送層３３は、センサ基材２１の第１面Ｓ１に垂直な方向で、下部電極３５と第１活性層３１ａとの間に設けられる。電子輸送層３３は、下部電極３５の上に直接、接し、第１活性層３１ａは、電子輸送層３３の上に直接、接する。電子輸送層３３の材料は、エトキシ化ポリエチレンイミン（ＰＥＩＥ）又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）が用いられる。

正孔輸送層３２は、センサ基材２１の第１面Ｓ１に垂直な方向で、第１活性層３１ａと第２活性層３１ｂとの間に設けられる。正孔輸送層３２は、第１活性層３１ａの上に直接、接し、第２活性層３１ｂは、正孔輸送層３２の上に直接、接する。正孔輸送層３２は、ポリチオフェン系導電性ポリマー（ＰＥＤＯＴ（Poly（3,4-ethylenedioxythiophene））：ＰＳＳ（poly（styrene sulfonate）））が用いられる。本実施形態では、正孔輸送層３２は、第１フォトダイオードＰＤａ及び第２フォトダイオードＰＤｂに共用される。

封止層２５は、光センサＰＤを覆って設けられる。より具体的には、封止層２５は、中間層２４を介して上部電極３４の上に設けられる。封止層２５の材料は、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）である。これにより、検出装置１は、封止層２５としてパリレンを用いた場合に比べて、光センサＰＤを良好に封止することができる。また、中間層２４の材料は、ＩＴＯが用いられ、中間層２４により、上部電極３４と封止層２５との間の密着性を向上させることができる。

保護層２９は、封止層２５を覆って設けられる。保護層２９は、例えば樹脂フィルムが用いられる。保護層２９は、光センサＰＤを保護するために設けられる。なお、保護層２９の材料は、樹脂フィルムに限定されず、他の材料が用いられていてもよい。

本実施形態では、光Ｌ１が第２面Ｓ２側から光センサＰＤに照射される構成について説明したが、光Ｌ１が第１面Ｓ１側から光センサＰＤに照射される構成であってもよい。この場合、上部電極３４として、ＩＴＯ等の透光性を有する導電材料が用いられ、下部電極３５として、アルミニウム又は銀等の金属材料が用いられる。

次に、検出装置１の動作例について説明する。図７は、検出装置の動作例を表すタイミング波形図である。なお、図７では、駆動信号ＶＤＤＳＮＳとして主に第２電圧信号ＶＬが供給された場合、すなわち、光センサＰＤの第１フォトダイオードＰＤａが検出する場合の動作を示す。ただし、図７の説明は、駆動信号ＶＤＤＳＮＳとして第１電圧信号ＶＨが供給された場合、すなわち、光センサＰＤの第２フォトダイオードＰＤｂでの検出にも適用できる。

図７に示すように、検出装置１は、リセット期間Ｐｒｓｔ、露光期間Ｐｅｘ及び読み出し期間Ｐｄｅｔを有する。電源回路１２３（駆動信号供給回路１２３ａ）は、リセット期間Ｐｒｓｔ、露光期間Ｐｅｘ及び読み出し期間Ｐｄｅｔに亘って、駆動信号ＶＤＤＳＮＳを光センサＰＤのアノードに供給する。駆動信号ＶＤＤＳＮＳは光センサＰＤの第１端子Ｎ１－第２端子Ｎ２間にバイアス電圧ＶＢを印加する信号である。例えば、光センサＰＤの第１端子Ｎ１には実質０．７５Ｖの基準電位ＣＯＭがされているが、第２端子Ｎ２に実質－１．２５Ｖの駆動信号ＶＤＤＳＮＳを印加することにより、第１端子Ｎ１－第２端子Ｎ２間は実質２．０Ｖのバイアス電圧ＶＢが供給される。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、基準電位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電位ＣＯＭが供給される。

リセット期間Ｐｒｓｔにおいて、ゲート線駆動回路１５は、スタート信号ＳＴＶ、クロック信号ＣＫ及びリセット信号ＲＳＴ１に基づいて、順次ゲート線ＧＣＬを選択する。ゲート線駆動回路１５は、ゲート駆動信号Ｖｇｃｌ｛Ｖｇｃｌ（１）～Ｖｇｃｌ（Ｍ）｝をゲート線ＧＣＬに順次供給する。ゲート駆動信号Ｖｇｃｌは、高レベル電圧である電源電圧ＶＤＤと低レベル電圧である電源電圧ＶＳＳとを有するパルス状の波形を有する。図７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、基準電位ＣＯＭの電圧０．７５Ｖが供給される。

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、基準電位ＣＯＭが供給される。この結果、容量素子Ｃａの容量がリセットされる。尚、部分的にゲート線、および信号線ＳＧＬを選択することにより部分検出領域ＰＡＡのうち一部の容量素子Ｃａの容量をリセットすることも可能である。

露光するタイミングの例として、ゲート線非選択時露光制御方法と常時露光制御方法がある。ゲート線非選択時露光制御方法においては、検出対象の光センサＰＤに電気的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に電気的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に電気的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に供給された直後に、実効露光期間ＳＰｅｘ（１）が開始する。ここで、実効露光期間ＳＰｅｘ｛（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。すなわち常時露光制御方法においては、第１スイッチング素子Ｔｒがオフになったときに実効露光期間ＳＰｅｘが開始されることになる。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）として流れ、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、実際の実効露光期間ＳＰｅｘ（１）、…、ＳＰｅｘ（Ｍ）は、開始のタイミング及び終了のタイミングが異なっている。実効露光期間ＳＰｅｘ（１）、…、ＳＰｅｘ（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、実効露光期間ＳＰｅｘ（１）、…、ＳＰｅｘ（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。各実効露光期間ＳＰｅｘ（１）、…、ＳＰｅｘ（Ｍ）の露光時間の長さは等しい。

ゲート線非選択時露光制御方法において、露光期間Ｐｅｘ｛（１）・・・（Ｍ）｝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。尚、リセット信号はリセット期間Ｐｒｓｔのみ高レベル電圧としてもよい。読み出し期間Ｐｄｅｔでは、リセット期間Ｐｒｓｔと同様に、ゲート線駆動回路１５は、ゲート線ＧＣＬにゲート駆動信号Ｖｇｃｌ（１）、…、Ｖｇｃｌ（Ｍ）を順次供給する。

具体的には、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に電気的に接続される。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、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。すなわち、ゲート線駆動回路１５は、期間Ｖ（１）、Ｖ（２）、…、Ｖ（Ｍ－１）、Ｖ（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に電気的に接続する。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。

図８は、図７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。以下、図８を参照して、図７における１つのゲート駆動信号Ｖｇｃｌ（ｊ）の供給期間Ｒｅａｄｏｕｔでの動作例について説明する。図７では、最初のゲート駆動信号Ｖｇｃｌ（１）に供給期間Ｒｅａｄｏｕｔ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８および図４に示すように、第３スイッチング素子ＴｒＳの出力電圧（Ｖ_ｏｕｔ）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と電気的に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の出力電圧（Ｖ_ｏｕｔ）（図４参照）が当該部分検出領域ＰＡＡの容量（容量素子Ｃａ）に蓄積された電荷に応じた電圧に変化する（期間ｔ３）。図８の例では期間ｔ３のようにこの電圧はリセット電圧から下がっている。その後、スイッチＳＳＷがオン（ＳＳＷ信号のハイレベルの期間ｔ４）すると当該部分検出領域ＰＡＡの容量（容量素子Ｃａ）に蓄積された電荷が検出回路４８の検出信号増幅部４２の容量（容量素子Ｃｂ）へ電荷が移動し、検出信号増幅部４２の出力電圧は容量素子Ｃｂに蓄積された電荷に応じた電圧となる。このとき検出信号増幅部４２の反転入力部はオペアンプのイマジナリショート電位となるため、基準電位（Ｖｒｅｆ）に戻っている。検出信号増幅部４２の出力電圧はＡ／Ｄ変換部４３で読み出す。図８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に電気的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８におけるＡＳＷ（ｋ）、ＡＳＷ（ｋ＋１）…は、例えば、図８におけるＡＳＷ１からＡＳＷ６のいずれかである。

具体的には、スイッチＳＳＷがオンになる期間ｔ４が生じると、部分検出領域ＰＡＡの容量（容量素子Ｃａ）から検出回路４８の検出信号増幅部４２の容量（容量素子Ｃｂ）へ電荷が移動する。このとき検出信号増幅部４２の非反転入力（＋）は、基準電位（Ｖｒｅｆ）電圧（例えば、０．７５［Ｖ］）にバイアスされている。このため、検出信号増幅部４２の入力間のイマジナリショートにより第３スイッチング素子ＴｒＳの出力電圧（Ｖ_{ｏ ｕｔ}）も基準電位（Ｖｒｅｆ）電圧になる。また、容量素子Ｃｂの電圧は、選択信号ＡＳＷ（ｋ）に応じて第３スイッチング素子ＴｒＳがオンした箇所の部分検出領域ＰＡＡの容量（容量素子Ｃａ）に蓄積された電荷に応じた電圧となる。検出信号増幅部４２の出力電圧は、イマジナリショートによって第３スイッチング素子ＴｒＳの出力電圧（Ｖ_ｏｕｔ）が基準電位（Ｖｒｅｆ）電圧になった後に、容量素子Ｃｂの容量に応じた電圧になり、この出力電圧をＡ／Ｄ変換部４３で読み取る。なお、容量素子Ｃｂの電圧とは、例えば、容量素子Ｃｂを構成するコンデンサに設けられる２つの電極間の電圧である。

なお、期間ｔ１は、例えば２０［μｓ］である。期間ｔ２は、例えば６０［μｓ］である。期間ｔ３は、例えば４４．７［μｓ］である。期間ｔ４は、例えば０．９８［μｓ］である。

なお、図７及び図８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に電気的に接続してもよい。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。

次に、バイアス電圧ＶＢと、光センサＰＤの特性との関係について説明する。図９は、バイアス電圧と検出値との関係を模式的に示すグラフである。図９は、光センサＰＤの第１フォトダイオードＰＤａ及び第２フォトダイオードＰＤｂのそれぞれについて、バイアス電圧ＶＢと検出値との関係を示している。図９に示すグラフの横軸は、光センサＰＤに供給されるバイアス電圧ＶＢであり、縦軸は、光センサＰＤからの検出値を示す。検出値は、検出回路４８から出力される電圧信号である。あるいは、検出値は、図４に示す第３スイッチング素子ＴｒＳの出力電圧（Ｖ_ｏｕｔ）としてもよい。

また、図９では、第１フォトダイオードＰＤａは可視光（波長４００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下、例えば５２５ｎｍ）を検出し、第２フォトダイオードＰＤｂは、近赤外光（波長７８０ｎｍ以上９５０ｎｍ以下、例えば８５０ｎｍ）を検出する場合について説明する。

図９に示すように、バイアス電圧ＶＢが負の極性の場合、第１フォトダイオードＰＤａが順バイアス駆動され、第２フォトダイオードＰＤｂが逆バイアス駆動される。これにより、第２フォトダイオードＰＤｂに流れる電流が検出される。したがって、バイアス電圧ＶＢが負の極性の場合に、光センサＰＤは主に近赤外光に対して感度を有する。なお、第２フォトダイオードＰＤｂは、近赤外光に加え、可視光にも感度を有する。このため、図９に示すように、バイアス電圧ＶＢが負の極性において、光センサＰＤは近赤外光及び可視光に感度を有する。

バイアス電圧ＶＢが正の極性の場合、第１フォトダイオードＰＤａが逆バイアス駆動され、第２フォトダイオードＰＤｂが順バイアス駆動される。これにより、第１フォトダイオードＰＤａに流れる電流が検出される。したがって、バイアス電圧ＶＢが正の極性の場合、光センサＰＤは主に可視光に対して感度を有する。

このように、検出装置１は、バイアス電圧ＶＢの極性を切り替えることで、光センサＰＤが感度を有する光Ｌ１の波長領域を異ならせることができる。言い換えると、光センサＰＤが第１フォトダイオードＰＤａ又は第２フォトダイオードＰＤｂのいずれか一方で形成された場合に比べて、検出装置１は、異なる波長領域に検出感度を持たせることが可能になり、可視域の感度で指紋を、赤外の感度で血管パターンなど異なる生体情報を一種類の光源で取得する事が出来る。また異なる二種類の波長に感度を設定できる事から、異なる波長での情報が必要な血中酸素飽和度の測定を一種類の光源で取得する事が出来る。尚、第１フォトダイオードＰＤａは可視域に感度を有し、第２フォトダイオードＰＤｂは赤外領域に感度を有する場合を記載したが、感度を有する波長領域はこれに限定されず、第１フォトダイオードＰＤａと第２フォトダイオードＰＤｂが可視域の別々の領域に感度を持つ場合、第１フォトダイオードＰＤａと第２フォトダイオードＰＤｂが赤外域の別々の領域に感度を持つ場合、第１フォトダイオードＰＤａおよびもしくは第２フォトダイオードＰＤｂが紫外線の波長領域に感度を持つ場合も本発明に含まれる。また、第１フォトダイオードＰＤａ及び第２フォトダイオードＰＤｂは、生体センサに限定されず、カラースキャナあるいはカラー画像検出装置等にも適用できる。この場合において、これまでカラーの画像を検出するのにＲＧＢの３つの異なる感度を持つピクセルが必要だったのが、２つのピクセルで済むことになる。すなわち、２つのピクセルのうち１つのピクセルが２つの波長領域に感度を持ち、他の１つのピクセルは１つあるいは２つの波長領域に感度を有する。このように、２つのピクセルで３つまたは４つの波長領域に感度を設定してもよい。

図１０は、検出装置の駆動方法の一例を説明するための説明図である。図１０に示すように、検出装置１は、負の極性の駆動信号ＶＤＤＳＮＳ（例えばＶＤＤＳＮＳ＝－１．２５Ｖ）を光センサＰＤに供給する期間Ｔｍと、正の極性の駆動信号ＶＤＤＳＮＳ（例えばＶＤＤＳＮＳ＝＋２．７５Ｖ）を光センサＰＤに供給する期間Ｔｐと、が時分割で交互に設けられる。言い換えると、期間Ｔｍは、駆動信号供給回路１２３ａ（図４参照）が、スイッチＢＳＷの動作により、第２電圧信号ＶＬを光センサＰＤの第２端子Ｎ２に供給する期間である。また、期間Ｔｐは、駆動信号供給回路１２３ａ（図４参照）が、スイッチＢＳＷの動作により、第１電圧信号ＶＨを光センサＰＤの第２端子Ｎ２に供給する期間である。このように、駆動信号供給回路１２３ａが第１電圧信号ＶＨと第２電圧信号ＶＬとを時分割で光センサＰＤに供給することで、バイアス電圧ＶＢの極性が、期間Ｔｍ、期間Ｔｐごとの交互に反転する。

第１フォトダイオードＰＤａは、期間Ｔｐでリフレッシュされ、期間Ｔｍで検出を行う。第２フォトダイオードＰＤｂは、期間Ｔｐで検出を行い、期間Ｔｍでリフレッシュされる。第１フォトダイオードＰＤａ及び第２フォトダイオードＰＤｂは、それぞれ、検出を行う期間と、リフレッシュを行う期間とが交互に配置される。したがって、光センサＰＤは、検出感度の経時的な変化を抑制することができる。

また、第１フォトダイオードＰＤａ及び第２フォトダイオードＰＤｂの一方が検出を行っている期間に、第１フォトダイオードＰＤａ及び第２フォトダイオードＰＤｂの他方がリフレッシュされる。したがって、光センサＰＤが１つのフォトダイオードで形成され、検出を行う期間と、リフレッシュ期間を個別に設ける場合に比べて、光センサＰＤは、検出速度の低下を抑制することができる。

なお、期間Ｔｍ及び期間Ｔｐは、どのように配置されてもよい。例えば、期間Ｔｍ及び期間Ｔｐは、それぞれ、ゲート線駆動回路１５が全てのゲート線ＧＣＬ（ゲート線ＧＣＬ（１）からゲート線ＧＣＬ（Ｍ））を走査する１検出フレーム期間ごとに交互に配置してもよい。あるいは、１検出フレーム期間に、期間Ｔｍ及び期間Ｔｐが配置されていてもよい。あるいは、期間Ｔｍ及び期間Ｔｐは、複数の検出フレームごとに交互に配置してもよい。

第１フォトダイオードＰＤａ及び第２フォトダイオードＰＤｂが異なる波長の光を検出する場合、例えば、上述したように第１フォトダイオードＰＤａが可視光を検出し、第２フォトダイオードＰＤｂが近赤外光を検出する場合には、期間Ｔｍ及び期間Ｔｐごとに照射する第１光源６１及び第２光源６２（図１参照）のオンオフを切り替えてもよい。

なお、第１フォトダイオードＰＤａが可視光を検出し、第２フォトダイオードＰＤｂが近赤外光を検出する場合に限定されず、第１フォトダイオードＰＤａが近赤外光を検出し、第２フォトダイオードＰＤｂが可視光を検出する構成であってもよい。あるいは、第１フォトダイオードＰＤａ及び第２フォトダイオードＰＤｂが同じ波長領域の光を検出する構成であってもよい。

以上説明したように、本実施形態の検出装置１は、基板（センサ基材２１）の上に配列された複数の光センサＰＤを有する検出装置１であって、複数の光センサＰＤは、それぞれ、第１フォトダイオードＰＤａと、第１フォトダイオードＰＤａと直列に、かつ、逆方向に接続される第２フォトダイオードＰＤｂと、を有する。

これによれば、光センサＰＤにバイアス電圧ＶＢが供給された場合に、第１フォトダイオードＰＤａ及び第２フォトダイオードＰＤｂの一方は逆バイアス駆動されて検出を行い、第１フォトダイオードＰＤａ及び第２フォトダイオードＰＤｂの他方は順バイアス駆動されリフレッシュされる。したがって、光センサＰＤが１つのフォトダイオードで形成され、検出期間とリフレッシュ期間を時分割で行う場合に比べて、検出装置１は、検出速度の低下を抑制しつつ、感度特性の経時的な変化を抑制することができる。

図１１は、変形例に係る部分検出領域の一部を示す回路図である。図１１に示すように、変形例の検出装置１Ａは、上述した第１実施形態に比べて、第１フォトダイオードＰＤａと第２フォトダイオードＰＤｂとの接続構成が異なる。具体的には、第２フォトダイオードＰＤｂのカソードが第１端子Ｎ１に電気的に接続され、第１フォトダイオードＰＤａのアノードと第２フォトダイオードＰＤｂのアノードとが電気的に接続され、第１フォトダイオードＰＤａのカソードが第２端子Ｎ２に電気的に接続される。

図１２は、変形例に係る光センサの概略断面構成を示す断面図である。図１２に示すように、変形例に係るセンサ部１０は、センサ基材２１と、光センサＰＤと、を備える。センサ基材２１は、ガラス基板である。光センサＰＤは、センサ基材２１の上に設けられる。光センサＰＤは、センサ基材２１の上に第１フォトダイオードＰＤａ、第２フォトダイオードＰＤｂの順に積層される。より具体的には、光センサＰＤは、センサ基材２１の上に、下部電極３５（第１電極）、電子輸送層３３、第１活性層３１ａ、正孔輸送層３２、第２活性層３１ｂ、上部電極３４（第２電極）の順に積層される。

下部電極３５は、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透光性を有する導電材料で形成される。電子輸送層３３の材料は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）が用いられる。

第１活性層３１ａは、Ｐ３ＨＴ（poly（3-hexylthiophene））：ＰＣＭＢ（[6,6]-Phenyl C61 butyric acid methyl ester）である。Ｐ３ＨＴはＰ型半導体であり、ＰＣ
ＢＭはＮ型半導体であり、Ｐ３ＨＴ：ＰＣＭＢは、Ｐ３ＨＴとＰＣＭＢとが混合したヘテロジャンクション構成のＯＰＤである。

正孔輸送層３２は、ポリチオフェン系導電性ポリマー（ＰＥＤＯＴ（Poly（3,4-ethylenedioxythiophene））：ＰＳＳ（poly（styrene sulfonate）））が用いられる。

第２活性層３１ｂは、ＰＭＤＰＰ３Ｔ（poly[[2,5-bis(2-hexyldecyl)-2,3,5,6-tetrahydro-3,6-dioxopyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4-diyl]-alt-[3′,3′'-dimethyl-2,2′:5′,2′'-terthiophene]-5,5′'-diyl]）：ＰＣＢＭ（[6,6]-Phenyl C61 butyric acid methyl ester）である。ＰＭＤＰＰ３ＴはＰ型半導体であり、ＰＣＢＭはＮ型半導体であ
り、ＰＭＤＰＰ３Ｔ：ＰＣＭＢは、ＰＭＤＰＰ３ＴとＰＣＭＢとが混合したヘテロジャンクション構成のＯＰＤである。

上部電極３４は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）が用いられる。

図１３は、変形例に係る光センサの波長感度特性を模式的に示すグラフである。図１３に示すように、バイアス電圧ＶＢが負の極性の場合、第１フォトダイオードＰＤａが逆バイアス駆動され、第２フォトダイオードＰＤｂが順バイアス駆動される。これにより、第１フォトダイオードＰＤａに流れる電流が検出される。したがって、バイアス電圧ＶＢが負の極性の場合に、光センサＰＤは主に可視光に対して感度を有する。

バイアス電圧ＶＢが正の極性の場合、第２フォトダイオードＰＤｂが逆バイアス駆動され、第１フォトダイオードＰＤａが順バイアス駆動される。これにより、第２フォトダイオードＰＤｂに流れる電流が検出される。したがって、バイアス電圧ＶＢが正の極性の場合、光センサＰＤは主に近赤外光に対して感度を有する。

（第２実施形態）
図１４は、第２実施形態に係る検出装置を示す回路図である。なお、以下の説明では、上述した実施形態で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

図１４に示すように、第２実施形態の検出装置１Ｂは、上述した第１実施形態に比べて光センサＰＤＡの接続構成が異なる。具体的には、第１フォトダイオードＰＤａのアノードが第２端子Ｎ２に電気的に接続され、第１フォトダイオードＰＤａのカソードと第２フォトダイオードＰＤｂのカソードとが電気的に接続され、第２フォトダイオードＰＤｂのアノードが第１端子Ｎ１に電気的に接続される。第２実施形態においても、第１フォトダイオードＰＤａ及び第２フォトダイオードＰＤｂは、光センサＰＤＡの一端側の第１端子Ｎ１と他端側の第２端子Ｎ２との間で、直列に、かつ逆方向に接続される。

第２実施形態では、第１フォトダイオードＰＤａ及び第２フォトダイオードＰＤｂのそれぞれの整流特性が第１実施形態の構成に対して反転している。このため、光センサＰＤＡに－２．０Ｖのバイアス電圧ＶＢが供給された場合（例えば、図１０の期間Ｔｍ）に、第１フォトダイオードＰＤａが順バイアス駆動（リフレッシュ）され、第２フォトダイオードＰＤｂが逆バイアス駆動（検出）される。また、光センサＰＤＡに＋２．０Ｖのバイアス電圧ＶＢが供給された場合（例えば、図１０の期間Ｔｐ）に、第１フォトダイオードＰＤａが逆バイアス駆動（検出）され、第２フォトダイオードＰＤｂが順バイアス駆動（リフレッシュ）される。

以上、本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明はこのような実施の形態に限定されるものではない。実施の形態で開示された内容はあくまで一例にすぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で行われた適宜の変更についても、当然に本発明の技術的範囲に属する。上述した各実施形態及び各変形例の要旨を逸脱しない範囲で、構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも１つを行うことができる。

１、１Ａ、１Ｂ 検出装置
１０ センサ部
１１ 検出制御部
１５ ゲート線駆動回路
１６ 信号線選択回路
２１ センサ基材
３１ａ 第１活性層
３１ｂ 第２活性層
３２ 正孔輸送層
３３ 電子輸送層
３４ 上部電極
３５ 下部電極
４０ 検出部
４８ 検出回路
１２３ａ 駆動信号供給回路
Ｎ１ 第１端子
Ｎ２ 第２端子
ＰＤ 光センサ
ＰＤａ 第１フォトダイオード
ＰＤｂ 第２フォトダイオード
ＶＤＤＳＮＳ 駆動信号
ＣＯＭ 基準電位
ＶＢ バイアス電圧
ＶＨ 第１電圧信号
ＶＬ 第２電圧信号

Claims (5)

1. 基板の上に配列された複数の光センサを有する検出装置であって、
   複数の前記光センサは、それぞれ、
   第１フォトダイオードと、
   前記第１フォトダイオードと直列に、かつ、逆方向に接続される第２フォトダイオードと、を有し、
   前記第１フォトダイオードが順バイアス駆動され、前記第２フォトダイオードが逆バイアス駆動された場合に、前記第２フォトダイオードが検出し、前記第１フォトダイオードの特性を初期状態に戻すリフレッシュ動作が行われ、
   前記第１フォトダイオードが逆バイアス駆動され、前記第２フォトダイオードが順バイアス駆動された場合に、前記第１フォトダイオードが検出し、前記第２フォトダイオードの特性を初期状態に戻すリフレッシュ動作が行われる
   検出装置。
2. 前記第１フォトダイオードと前記第２フォトダイオードは、光の波長に対して異なる感度特性を有する
   請求項１に記載の検出装置。
3. 前記第１フォトダイオードは、可視光を検出し、
   前記第２フォトダイオードは、近赤外光を検出する
   請求項１又は請求項２に記載の検出装置。
4. 前記光センサに駆動信号を供給する駆動信号供給回路を有し、
   前記駆動信号供給回路は、基準電位よりも高レベル電圧の第１電圧信号と、前記基準電位よりも低レベル電圧の第２電圧信号と、を時分割で前記光センサに供給する
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の検出装置。
5. 前記光センサは、前記基板に垂直な方向で、第１電極、電子輸送層、第１活性層、正孔輸送層、第２活性層、第２電極の順に積層される
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の検出装置。

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