CN114361191A - 检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种检测装置，其能够提高检测精度。检测装置具备：多个检测元件，排列成矩阵状；多条扫描线，与在第一方向上排列的多个检测元件连接，向检测元件供给多个驱动信号；多条输出信号线，与在第二方向上排列的多个检测元件连接，被输出检测信号；驱动电路，向检测元件供给多个驱动信号；以及检测电路，经由输出信号线被供给检测信号。检测元件具备：光电转换元件；源跟随器晶体管，输出与由光电转换元件产生的电荷相应的信号；以及读出晶体管，读出源跟随器晶体管的输出信号，并输出检测信号。在复位期间，叠加有规定的基准电压与源跟随器晶体管的阈值电压的初始电压被施加于光电转换元件。

Description

检测装置

技术领域

本发明涉及检测装置。

背景技术

例如，已知使用PIN(Positive Intrinsic Negative Diode：正本征负二极管)型光电二极管作为检测用的光电转换元件的光电转换装置(例如，参照专利文献1)。这样的光电转换装置具有通过栅极接收在光电转换部产生的信号电荷的场效应晶体管，对每个像素设置将与通过该场效应晶体管接收到的信号电荷相应的信号电压读出到信号线的源跟随器晶体管，将基于在光电转换部进行光电转换后的输入信息的电荷传送到外部电容，通过该外部电容转换为信号电压。

专利文献1：日本特开2011-10054号公报

在使用PIN型的光电二极管的检测装置中，要求提高检测灵敏度。例如，PIN型的光电二极管能够通过增大传感器面积来增大光电流。另一方面，为了提高检测精度，要求高精细化。当想要兼顾传感器面积的扩大和高精细化时，由于源跟随器晶体管的微细化，阈值电压的偏差增大，存在检测精度降低的可能性。

发明内容

本发明的目的在于提供能够提高检测精度的检测装置。

本发明的一方面所涉及的检测装置具备：多个检测元件，在检测区域中排列成矩阵状；多条扫描线，与在第一方向上排列的多个所述检测元件连接，向所述检测元件供给多个驱动信号；多条输出信号线，与在不同于所述第一方向的第二方向上排列的多个所述检测元件连接，来自该检测元件的检测信号被输出到所述输出信号线；驱动电路，向所述检测元件供给多个所述驱动信号；以及检测电路，经由所述输出信号线被供给所述检测信号，所述检测元件具备：光电转换元件；源跟随器晶体管，输出与由所述光电转换元件产生的电荷相应的信号；以及读出晶体管，读出所述源跟随器晶体管的输出信号，并输出所述检测信号，在复位期间，叠加有规定的基准电压与所述源跟随器晶体管的阈值电压的初始电压被施加于所述光电转换元件。

附图说明

图1A是示出具有实施方式所涉及的检测装置的带照明装置的检测设备的简要剖面构成的剖面图。

图1B是示出变形例所涉及的带照明装置的检测设备的简要剖面构成的剖面图。

图2是示出实施方式所涉及的检测装置的俯视图。

图3是示出实施方式所涉及的检测装置的构成例的框图。

图4是示出实施方式所涉及的检测元件的电路图。

图5是示出比较例所涉及的检测元件的电路图。

图6是示出比较例所涉及的检测元件的动作例的时序波形图。

图7A是示出图6所示的期间t11-t12中的检测元件的等效电路的图。

图7B是示出图6所示的期间t12-t13中的检测元件的等效电路的图。

图7C是示出图6所示的期间t13-t14中的检测元件的等效电路的图。

图7D是示出图6所示的期间t14-t15中的检测元件的等效电路的图。

图8A是示出比较例中的检测信号的检测范围与源跟随器晶体管的阈值电压的关系的图。

图8B是示出在图8A中使源跟随器晶体管的阈值电压的偏差项为0时的检测信号的检测范围与源跟随器晶体管的阈值电压的关系的图。

图9是示出实施方式所涉及的检测元件的动作例的时序波形图。

图10A是示出图9所示的期间t21-t22中的检测元件的等效电路的图。

图10B是示出图9所示的期间t22-t23中的检测元件的等效电路的图。

图10C是示出图9所示的期间t23-t24中的检测元件的等效电路的图。

图10D是示出图9所示的期间t24-t25中的检测元件的等效电路的图。

图10E是示出图9所示的期间t25-t26中的检测元件的等效电路的图。

图11是示出实施方式中的检测信号的检测范围与源跟随器晶体管的阈值电压的关系的图。

具体实施方式

参照附图对用于实施本发明的方式(实施方式)进行详细说明。需要说明的是，本发明并不限于以下的实施方式所记载的内容。另外，以下记载的构成要素包括本领域技术人员可容易想到的要素、实质上相同的要素。进而，以下记载的构成要素可以适当组合。另外，公开只不过是一例而已，关于本领域技术人员可容易想到的保持发明主旨的适当变更，其当然包含在本发明的范围之内。另外，为了使说明更加清楚，附图与实际的情况相比，存在示意性地表示各部的宽度、厚度、形状等的情况，但只不过是一例而已，并不限定本发明的解释。此外，在本说明书和各图中，对与之前针对已经出现的图进行了说明的要素同样的要素标注相同的附图标记，有时会适当省略详细的说明。

在本说明书及权利要求书中，当表现在某结构体之上配置其它结构体的方式时，在简单表述为“上”的情况下，只要没有特别说明，则包括以与某结构体相接的方式直接在其上配置其它结构体的情况、和在某结构体的上方进一步隔着别的结构体配置其它结构体的情况这两者。

图1A是示出具有实施方式所涉及的检测装置的带照明装置的检测设备的简要剖面构成的剖面图。如图1A所示，带照明装置的检测设备120具有检测装置1、照明装置121以及盖玻璃122。在与检测装置1的表面垂直的方向上，按照照明装置121、检测装置1、盖玻璃122的顺序层叠。

照明装置121具有照射光的光照射面121a，从光照射面121a向检测装置1照射光L1。照明装置121是背光源。照明装置121例如也可以是具有设置在与检测区域AA对应的位置的导光板和排列在导光板的一端或两端的多个光源的所谓的侧光型的背光源。作为光源，例如使用发出规定颜色的光的发光二极管(LED：Light Emitting Diode)。另外，照明装置121也可以是具有设置在检测区域AA的正下方的光源(例如LED)的所谓的直下型的背光源。另外，照明装置121并不限于背光源，可以设置在检测装置1的侧方、上方，也可以从手指Fg的侧方、上方照射光L1。

检测装置1与照明装置121的光照射面121a相对设置。从照明装置121照射的光L1透过检测装置1及盖玻璃122。检测装置1通过检测被盖玻璃122与空气的界面反射的光L2，能够检测检测对象(在图1A和图1B所示的例子中，是手指Fg的表面的凹凸(例如指纹))。来自照明装置121的光L1的颜色也可以根据检测对象而不同。

盖玻璃122是用于保护检测装置1及照明装置121的部件，覆盖检测装置1及照明装置121。盖玻璃122例如是玻璃基板。需要说明的是，盖玻璃122并不限于玻璃基板，也可以是树脂基板等。另外，也可以不设置盖玻璃122。在该情况下，在检测装置1的表面设置保护层，检测对象(这里为手指Fg)与检测装置1的保护层相接。

带照明装置的检测设备120也可以代替照明装置121而设置有显示面板。显示面板例如也可以是有机EL显示面板(OLED：Organic Light Emitting Diode：有机发光二极管)、无机EL显示面板(微型LED、次毫米LED)。或者，显示面板也可以是使用液晶元件作为显示元件的液晶显示面板(LCD：Liquid Crystal Display：液晶显示器)、使用电泳元件作为显示元件的电泳型显示面板(EPD：Electrophoretic Display：电泳显示器)。

图1B是示出变形例所涉及的带照明装置的检测设备的简要剖面构成的剖面图。如图1B所示，带照明装置的检测设备120A在与检测装置1的表面垂直的方向上依次层叠有检测装置1、照明装置121、盖玻璃122。在本变形例中，作为照明装置121，也可以采用有机EL显示面板等显示面板。

从照明装置121照射的光L1透过盖玻璃122后，被手指Fg反射。被手指Fg反射的光L2透过盖玻璃122，进而透过照明装置121。检测装置1通过接收透过照明装置121的光L2，能够进行指纹检测等检测与生物体相关的信息。

图2是示出实施方式所涉及的检测装置的俯视图。如图2所示，检测装置1具有基板21、传感器部10、扫描线驱动电路15、信号线选择电路16、检测电路48、控制电路102和电源电路103。

控制基板101经由布线基板110与基板21电连接。布线基板110例如是柔性印刷基板、刚性基板。在布线基板110上设置有检测电路48。在控制基板101上设置有控制电路102及电源电路103。控制电路102例如是FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)。控制电路102向传感器部10、扫描线驱动电路15及信号线选择电路16供给控制信号，控制传感器部10的检测动作。电源电路103向传感器部10、扫描线驱动电路15及信号线选择电路16供给电源电压VDD、复位电压Vrst、基准电压COM(参照图4)等电压信号。

基板21具有检测区域AA和周边区域GA。检测区域AA是与传感器部10具有的多个检测元件3重叠的区域。周边区域GA是检测区域AA外侧的区域，是不与检测元件3重叠的区域。即，周边区域GA是检测区域AA的外周与基板21的端部之间的区域。扫描线驱动电路15及信号线选择电路16设置在周边区域GA。

传感器部10的多个检测元件3分别是具有光电转换元件30的光传感器。光电转换元件30是光电二极管，是分别输出与被照射的光相应的电信号的光检测部。更具体而言，光电转换元件30是PIN(Positive Intrinsic Negative：正本征负)光电二极管。检测元件3在检测区域AA中排列成矩阵状。多个检测元件3具有的光电转换元件30按照从扫描线驱动电路15供给的栅极驱动信号(例如复位控制信号RST、读出控制信号RD)进行检测。多个光电转换元件30分别将与被照射的光相应的电信号作为检测信号Vdet输出到信号线选择电路16。检测装置1基于来自多个光电转换元件30的检测信号Vdet检测与生物体相关的信息。

扫描线驱动电路15及信号线选择电路16设置在周边区域GA。具体而言，扫描线驱动电路15设置在周边区域GA中沿第二方向Dy延伸的区域。信号线选择电路16设置在周边区域GA中沿第一方向Dx延伸的区域，并设置在传感器部10与检测电路48之间。

需要说明的是，第一方向Dx是与基板21平行的面内的一个方向。第二方向Dy是与基板21平行的面内的一个方向，是与第一方向Dx正交的方向。需要说明的是，第二方向Dy也可以不与第一方向Dx正交而是交叉。另外，第三方向Dz是与第一方向Dx及第二方向Dy正交的方向，是基板21的法线方向。

图3是示出实施方式所涉及的检测装置的构成例的框图。如图3所示，检测装置1进一步具有检测控制电路11和检测部40。检测控制电路11的功能的一部分或全部也可以包括在控制电路102中。另外，检测部40中的检测电路48以外的功能的一部分或全部也可以包括在控制电路102中。

检测控制电路11是分别向扫描线驱动电路15、信号线选择电路16及检测部40供给控制信号以控制它们的动作的电路。检测控制电路11向扫描线驱动电路15供给启动信号STV、时钟信号CK等各种控制信号。另外，检测控制电路11向信号线选择电路16供给第一选择信号SEL、第二选择信号xSEL等各种控制信号。

扫描线驱动电路15是基于各种控制信号驱动多条栅极线(读出控制扫描线GLrd、复位控制扫描线GLrst(参照图4))的电路。扫描线驱动电路15依次或同时选择多条栅极线，向所选择的栅极线供给栅极驱动信号(例如复位控制信号RST、读出控制信号RD)。由此，扫描线驱动电路15选择与栅极线连接的多个光电转换元件30。

信号线选择电路16是将输出信号线SL(参照图4)的连接目的地在检测部40的检测电路48与用于供给第二基准电压COM2(参照图4)的基准电压供给线GLvr之间切换的开关电路。信号线选择电路16例如是多路选择器。信号线选择电路16基于经由第一选择信号供给线GLsel从检测控制电路11供给的第一选择信号SEL，将所选择的输出信号线SL与检测电路48连接。由此，信号线选择电路16将光电转换元件30的检测信号Vdet输出到检测部40。另外，在本实施方式中，信号线选择电路16基于经由第二选择信号供给线GLxsel从检测控制电路11供给的第二选择信号xSEL，向所选择的输出信号线SL供给第二基准电压COM2。信号线选择电路16也可以是包括在检测部40中的方式。

检测部40具备检测电路48、信号处理电路44、坐标提取电路45、存储电路46和检测时机控制电路47。检测时机控制电路47基于从检测控制电路11供给的控制信号，以使检测电路48、信号处理电路44、坐标提取电路45同步动作的方式进行控制。

检测电路48例如是模拟前端电路(AFE：Analog Front End)。检测电路48是至少具有检测信号放大电路42及A/D转换电路43的功能的信号处理电路。检测信号放大电路42是放大检测信号Vdet的电路，例如是积分电路。A/D转换电路43将从检测信号放大电路42输出的模拟信号转换为数字信号。

信号处理电路44是基于检测电路48的输出信号来检测输入到传感器部10的规定的物理量的逻辑电路。信号处理电路44在手指Fg与检测面接触或接近的情况下，能够基于来自检测电路48的信号来检测手指Fg、手掌的表面的凹凸。另外，信号处理电路44也可以基于来自检测电路48的信号来检测与生物体相关的信息。与生物体相关的信息例如是手指Fg、手掌的血管像、脉波、脉搏、血氧饱和度等。

存储电路46暂时保存由信号处理电路44运算出的信号。存储电路46例如也可以是RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)、寄存器电路等。

坐标提取电路45是在信号处理电路44中检测出手指Fg的接触或接近时求出手指Fg等的表面的凹凸的检测坐标的逻辑电路。另外，坐标提取电路45是求出手指Fg、手掌的血管的检测坐标的逻辑电路。坐标提取电路45组合从传感器部10的各检测元件3输出的检测信号Vdet，生成表示手指Fg等的表面的凹凸的形状的二维信息。需要说明的是，坐标提取电路45也可以不计算检测坐标而输出检测信号Vdet作为传感器输出Vo。

接着，对检测装置1的电路构成例进行说明。图4是示出实施方式所涉及的检测元件的电路图。如图4所示，本实施方式所涉及的检测元件3具有光电转换元件30、电容Cs、复位晶体管Mrst、读出晶体管Mrd、源跟随器晶体管(source follower transistor)Msf及开关晶体管Tr。电容Cp是光电转换元件30的寄生电容。另外，对检测元件3设置有作为检测驱动线的复位控制扫描线GLrst及读出控制扫描线GLrd，设置有作为信号读出用的布线的输出信号线SL。

需要说明的是，在图4所示的例子中，复位晶体管Mrst及读出晶体管Mrd分别是两个晶体管串联连接而构成的所谓的双栅极结构，但并不限于此，也可以是所谓的单栅极结构，还可以是三个以上的晶体管串联连接。以下，以复位晶体管Mrst及读出晶体管Mrd为单栅极结构进行说明。

需要说明的是，在图4中示出了一个检测元件3，但复位控制扫描线GLrst、读出控制扫描线GLrd及输出信号线SL与多个检测元件3连接。具体而言，复位控制扫描线GLrst及读出控制扫描线GLrd在第一方向Dx(参照图2)上延伸，与在第一方向Dx上排列的多个检测元件3连接。另外，输出信号线SL在第二方向Dy上延伸，与在第二方向Dy上排列的多个检测元件3连接。

从扫描线驱动电路15向读出控制扫描线GLrd供给读出控制信号RD。从扫描线驱动电路15向复位控制扫描线GLrst供给复位控制信号RST。

复位晶体管Mrst、读出晶体管Mrd、源跟随器晶体管Msf及开关晶体管Tr与一个光电转换元件30对应地设置。开关晶体管Tr是由两个晶体管构成的开关电路。复位晶体管Mrst、读出晶体管Mrd及源跟随器晶体管Msf中包括的晶体管分别由n型TFT(Thin FilmTransistor：薄膜晶体管)构成。开关晶体管Tr中包括的两个晶体管分别由p型TFT构成。但是，并不限于此，复位晶体管Mrst、读出晶体管Mrd及源跟随器晶体管Msf中包括的晶体管也可以分别由p型TFT构成。另外，开关晶体管Tr中包括的两个晶体管也可以分别由n型TFT构成。

对光电转换元件30的阳极施加第一基准电压COM1。第一基准电压COM1例如为2.9[V]。光电转换元件30的阴极与源跟随器晶体管Msf的栅极连接。另外，光电转换元件30的阴极与电容Cs、复位晶体管Mrst的源极和漏极中的一方及源跟随器晶体管Msf的栅极连接。电容Cs的一端侧与光电转换元件30的阴极连接，另一端侧与电源电压VDD的供给端子连接。电源电压VDD例如为10[V]。在光电转换元件30被光照射的情况下，从光电转换元件30输出的信号(电压)被蓄积在电容Cs及电容Cp中。需要说明的是，在图4中，电容Cs被记载为一个元件，但实际上，电容Cs包括形成在不同的电极间的多个电容。

复位晶体管Mrst的栅极与复位控制扫描线GLrst连接。经由开关晶体管Tr向复位晶体管Mrst的源极和漏极中的另一方供给电源电压VDD。

源跟随器晶体管Msf连接在开关晶体管Tr与读出晶体管Mrd之间。源跟随器晶体管Msf的栅极与光电转换元件30的阴极连接。

读出晶体管Mrd连接在源跟随器晶体管Msf的源极与输出信号线SL之间。读出晶体管Mrd的栅极与读出控制扫描线GLrd连接。读出晶体管Mrd的漏极与输出信号线SL连接。或者，也可以是读出晶体管Mrd连接在源跟随器晶体管Msf的漏极与输出信号线SL之间、读出晶体管Mrd的栅极与读出控制扫描线GLrd连接、读出晶体管Mrd的源极与输出信号线SL连接的方式。

作为由两个晶体管构成的开关电路的开关晶体管Tr连接在电源电压VDD的供给端子与源跟随器晶体管Msf的漏极之间。另外，源跟随器晶体管Msf的漏极与复位晶体管Mrst的源极和漏极中的另一方连接。

在本实施方式中，开关晶体管Tr在读出控制信号RD和复位控制信号RST中的至少任一方为低电平电压(例如－3[V])时，向源跟随器晶体管Msf的漏极及复位晶体管Mrst的源极和漏极中的另一方供给电源电压VDD。需要说明的是，读出控制信号RD及复位控制信号RST的高电平电压例如为10[V]。需要说明的是，开关晶体管Tr的构成并不限于上述的包括两个晶体管的构成。例如，也可以是组合了NAND电路和一个晶体管的构成。

另外，在本实施方式中，信号线选择电路16(参照图3)包括第一信号线选择电路16a和第二信号线选择电路16b。

输出信号线SL经由第一信号线选择电路16a与检测电路48连接。另外，输出信号线SL经由第二信号线选择电路16b而被供给第二基准电压COM2。

第一信号线选择电路16a在第一选择信号SEL为高电平电压“H”时，将输出信号线SL与检测电路48电连接。在检测电路48的输入端子上连接有用于使偏置电流Ib流过读出晶体管Mrd的恒流源。由此，通过检测元件3能够检测施加于输出信号线SL的检测信号Vdet。该恒流源可以设置在检测电路48内，也可以设置在基板21内。

第二信号线选择电路16b在第二选择信号xSEL为高电平电压“H”时，将输出信号线SL与基准电压供给线GLvr电连接。由此，向输出信号线SL供给第二基准电压COM2。第二基准电压COM2例如为2.5[V]。

这里，为了使以后的说明变得容易，对比较例所涉及的检测装置的电路构成例及动作例进行说明。图5是示出比较例所涉及的检测元件的电路图。如图5所示，比较例所涉及的检测元件3a具有光电转换元件30、电容Cs、复位晶体管Mrst、读出晶体管Mrd及源跟随器晶体管Msf。电容Cp是光电转换元件30的寄生电容。另外，对检测元件3a设置有作为检测驱动线的复位控制扫描线GLrst及读出控制扫描线GLrd，设置有作为信号读出用的布线的输出信号线SL。

需要说明的是，在图5所示的例子中，复位晶体管Mrst及读出晶体管Mrd分别是两个晶体管串联连接而构成的所谓的双栅极结构，但也可以与实施方式所涉及的检测元件3同样地是单栅极结构，也可以是三个以上的晶体管串联连接。以下，以复位晶体管Mrst及读出晶体管Mrd为单栅极结构进行说明。

需要说明的是，在图5中示出了一个检测元件3a，但复位控制扫描线GLrst、读出控制扫描线GLrd及输出信号线SL与多个检测元件3a连接。具体而言，复位控制扫描线GLrst及读出控制扫描线GLrd在第一方向Dx(参照图2)上延伸，与在第一方向Dx上排列的多个检测元件3a连接。另外，输出信号线SL在第二方向Dy上延伸，与在第二方向Dy上排列的多个检测元件3a连接。

从扫描线驱动电路15向读出控制扫描线GLrd供给读出控制信号RD。从扫描线驱动电路15向复位控制扫描线GLrst供给复位控制信号RST。

复位晶体管Mrst、读出晶体管Mrd及源跟随器晶体管Msf与一个光电转换元件30对应地设置。复位晶体管Mrst、读出晶体管Mrd及源跟随器晶体管Msf分别由n型TFT(ThinFilm Transistor：薄膜晶体管)或p型TFT构成。

对光电转换元件30的阳极施加基准电压COM。基准电压COM例如为2.9[V]。光电转换元件30的阴极与源跟随器晶体管Msf的栅极连接。另外，光电转换元件30的阴极与电容Cs、复位晶体管Mrst的源极和漏极中的一方及源跟随器晶体管Msf的栅极连接。电容Cs的一端侧与光电转换元件30的阴极连接，另一端侧与复位电压Vrst的供给端子连接。复位电压Vrst例如为4.9[V]。在光电转换元件30被光照射的情况下，从光电转换元件30输出的信号(电压)被蓄积在电容Cs及电容Cp中。需要说明的是，在图5中，电容Cs被记载为一个元件，但实际上，电容Cs包括形成在不同的电极间的多个电容。

复位晶体管Mrst的栅极与复位控制扫描线GLrst连接。复位晶体管Mrst的源极和漏极中的另一方与复位电压Vrst的供给端子连接。

源跟随器晶体管Msf连接在电源电压VDD的供给端子与读出晶体管Mrd之间。电源电压VDD例如为10V。源跟随器晶体管Msf的栅极与光电转换元件30的阴极连接。

读出晶体管Mrd连接在源跟随器晶体管Msf的源极与输出信号线SL之间。读出晶体管Mrd的栅极与读出控制扫描线GLrd连接。读出晶体管Mrd的漏极与输出信号线SL连接。或者，也可以是读出晶体管Mrd连接在源跟随器晶体管Msf的漏极与输出信号线SL之间、读出晶体管Mrd的栅极与读出控制扫描线GLrd连接、读出晶体管Mrd的源极与输出信号线SL连接的方式。

在检测电路48的输入端子上连接有用于使偏置电流Ib流过读出晶体管Mrd的恒流源。由此，通过检测元件3a能够检测施加于输出信号线SL的检测信号Vdet。该恒流源可以设置在检测电路48内，也可以设置在基板21内。

图6是示出比较例所涉及的检测元件的动作例的时序波形图。图7A是示出图6所示的期间t11-t12中的检测元件的等效电路的图。图7B是示出图6所示的期间t12-t13中的检测元件的等效电路的图。图7C是示出图6所示的期间t13-t14中的检测元件的等效电路的图。图7D是示出图6所示的期间t14-t15中的检测元件的等效电路的图。

检测元件3a按照复位期间Prst、蓄积期间Pch及读出期间Pdet的顺序执行检测。电源电路103遍及复位期间Prst、蓄积期间Pch及读出期间Pdet地向光电转换元件30的阳极供给基准电压COM。复位期间Prst是将作为与照射到光电转换元件30的光相应的检测信号Vdet的电压变动量的基准值的Vdet1设置为初始电压的期间。

扫描线驱动电路15在时刻t11将向复位控制扫描线GLrst供给的复位控制信号RST设为高电平电压(例如8[V])，开始复位期间Prst。此时，复位晶体管Mrst接通(导通状态)。由此，如下述(1)式所示，光电转换元件30的阴极电压Vpix成为复位电压Vrst(参照图7A)。

Vpix＝Vrst…(1)

扫描线驱动电路15在时刻t12将向复位控制扫描线GLrst供给的复位控制信号RST设为低电平电压(例如-3[V])，将向读出控制扫描线GLrd供给的读出控制信号RD设为高电平电压(例如10[V])。由此，复位晶体管Mrst截止(非导通状态)，读出晶体管Mrd接通(导通状态)。

其结果是，在时刻t13，光电转换元件30的阴极电压Vpix如下述(2)式所示(参照图7B)。此时，输出信号线SL的电压Vsig、即从输出信号线SL输出的检测信号Vdet的电压Vdet1如下述(3)式所示(参照图7B)。需要说明的是，在下述(2)式及下述(3)式中，ΔV是根据在从时刻t12到时刻t13的期间照射到光电转换元件30的光而变动的信号分量，Vth是源跟随器晶体管Msf的阈值电压。

Vpix＝Vrst－ΔV…(2)

Vsig＝Vdet1＝Vrst－ΔV－Vth…(3)

扫描线驱动电路15在时刻t13将读出控制信号RD设为低电平电压。由此，读出晶体管Mrd截止(非导通状态)，开始蓄积期间Pch(从时刻t13到时刻t14的期间)。

在蓄积期间Pch中，光电转换元件30的阴极电压Vpix如下述(4)式所示，输出信号线SL的电压Vsig如下述(5)式所示(参照图7C)。

Vpix＜Vrst－ΔV…(4)

Vsig＝0…(5)

扫描线驱动电路15在时刻t14将读出控制信号RD设为高电平电压。由此，读出晶体管Mrd接通(导通状态)，开始读出期间Pdet(从时刻t14到时刻t15的期间)。

其结果是，在时刻t15，光电转换元件30的阴极电压Vpix如下述(6)式所示(参照图7D)。此时，输出信号线SL的电压Vsig、即从输出信号线SL输出的检测信号Vdet的电压Vdet2如下述(7)式所示(参照图7D)。需要说明的是，在下述(6)式及下述(7)式中，ΔVch是根据在蓄积期间Pch及读出期间Pdet(从时刻t13到时刻t15的期间)照射到光电转换元件30的光而变动的信号分量。

Vpix＝Vrst－ΔV－ΔVch…(6)

Vsig＝Vdet2＝Vrst－ΔV－ΔVch－Vth…(7)

时刻t13的检测信号Vdet的电压Vdet1(上式(3))与时刻t15的检测信号Vdet的电压Vdet2(上式(7))的差分如下述(8)式所示。检测部40基于该差分ΔVch进行检测处理。

Vdet1－Vdet2＝ΔVch…(8)

在比较例所涉及的检测元件3a中，上述检测信号Vdet的电压Vdet1及Vdet2中包括源跟随器晶体管Msf的阈值电压Vth。该源跟随器晶体管Msf的阈值电压Vth根据基板21的制造工艺而产生偏差。

另外，由于基板21的制造工艺的微细化，存在检测电路48的输入值、即检测信号Vdet的检测范围变窄的倾向。

因此，取决于源跟随器晶体管Msf的阈值电压Vth的偏差范围，存在不能获得足够的检测灵敏度的情况。

图8A是示出比较例中的检测信号的检测范围与源跟随器晶体管的阈值电压的关系的图。在图8A中，横轴表示源跟随器晶体管Msf的阈值电压Vth，纵轴表示检测信号Vdet。在图8A中，将源跟随器晶体管Msf的阈值电压Vth的上限值设为VthH，将源跟随器晶体管Msf的阈值电压Vth的下限值设为VthL。另外，在图8A中，将检测信号Vdet的检测范围的上限值设为VdetH，将检测信号Vdet的检测范围的下限值设为VdetL。检测信号Vdet的检测范围的上限值VdetH例如为2.9[V]。检测信号Vdet的检测范围的下限值VdetL例如为0.4[V]。另外，VmH及VmL表示考虑了源跟随器晶体管Msf的温度特性、可靠性的电压余度。电压余度VmH、VmL例如为0.4[V]。即，检测信号Vdet的检测范围设为从VdetL+VmL(例如0.8[V])到VdetH－VmH(例如2.5[V])。

如图8A所示，当考虑源跟随器晶体管Msf的阈值电压Vth的上限值VthH与源跟随器晶体管Msf的阈值电压Vth的下限值VthL的差分ΔVth时，则检测灵敏度S、即实质上的检测信号Vdet的最大检测范围ΔVchmax如下述(9)式所示(参照图8A)。

S＝ΔVchmax

＝(VdetH－VmH)－(VdetL+VmL)－ΔVth…(9)

这里，例如，当VdetH＝2.9[V]、VdetL＝0.4[V]、电压余度VmH＝VmL＝0.4[V]、ΔVth＝1.3[V]时，检测灵敏度S(＝ΔVchmax)为0.4[V]。

根据上述(9)式，如果能够使ΔVth、即源跟随器晶体管Msf的阈值电压Vth的偏差项为0，则检测灵敏度S、即实质上的检测信号Vdet的最大检测范围ΔVchmax如下述(10)式所示(参照图8B)。图8B是示出在图8A中使源跟随器晶体管的阈值电压的偏差项为0时的检测信号的检测范围与源跟随器晶体管的阈值电压的关系的图。

S＝ΔVchmax

＝(VdetH－VmH)－(VdetL+VmL)…(10)

这里，当VdetH＝2.9[V]、VdetL＝0.4[V]、电压余度VmH＝VmL＝0.4[V]时，检测灵敏度S(＝ΔVchmax)为1.7[V]，能够进一步扩大检测灵敏度S。以下，对图4所示的构成的检测装置1的动作例进行说明。

图9是示出实施方式所涉及的检测元件的动作例的时序波形图。图10A是示出图9所示的期间t21-t22中的检测元件的等效电路的图。图10B是示出图9所示的期间t22-t23中的检测元件的等效电路的图。图10C是示出图9所示的期间t23-t24中的检测元件的等效电路的图。图10D是示出图9所示的期间t24-t25中的检测元件的等效电路的图。图10E是示出图9所示的期间t25-t26中的检测元件的等效电路的图。需要说明的是，省略与上述比较例同样的说明。

检测元件3按照复位期间Prst、蓄积期间Pch及读出期间Pdet的顺序执行检测。电源电路103遍及复位期间Prst、蓄积期间Pch及读出期间Pdet地向光电转换元件30的阳极供给第一基准电压COM1。复位期间Prst是将作为与照射到光电转换元件30的光相应的检测信号Vdet的电压变动量的基准值的Vdet1设置为初始电压的期间。

扫描线驱动电路15在时刻t21将向复位控制扫描线GLrst供给的复位控制信号RST设为高电平电压(例如10[V])，控制电路102将第一选择信号SEL设为低电平电压[L]，将第二选择信号xSEL设为高电平电压[H]。由此，开始复位期间Prst。此时，复位晶体管Mrst及开关晶体管Tr接通(导通状态)。由此，如下述(11)式所示，光电转换元件30的阴极电压Vpix成为电源电压VDD(参照图10A)。

Vpix＝VDD…(11)

扫描线驱动电路15在时刻t22将向读出控制扫描线GLrd供给的读出控制信号RD设为高电平电压(例如10[V])。由此，读出晶体管Mrd接通(导通状态)，开关晶体管Tr截止(非导通状态)。

其结果，在时刻t23，光电转换元件30的阴极电压Vpix如下述(12)式所示(参照图10B)。需要说明的是，在下述(12)式中，Vth是源跟随器晶体管Msf的阈值电压。

Vpix＝COM2+Vth…(12)

扫描线驱动电路15在时刻t23将向复位控制扫描线GLrst供给的复位控制信号RST设为低电平电压(例如－3[V])，控制电路102将第一选择信号SEL设为高电平电压[H]，将第二选择信号xSEL设为低电平电压[L]。由此，复位晶体管Mrst截止(非导通状态)，开关晶体管Tr接通(导通状态)。

其结果，在时刻t24，光电转换元件30的阴极电压Vpix如下述(13)式所示(参照图10C)。此时，输出信号线SL的电压Vsig、即从输出信号线SL输出的检测信号Vdet的电压Vdet1如下述(14)式所示(参照图10C)。需要说明的是，在下述(13)式及下述(14)式中，ΔV是根据在从时刻t23到时刻t24的期间照射到光电转换元件30的光而变动的信号分量。

Vpix＝COM2+Vth－ΔV…(13)

Vdet＝Vdet1＝COM2－ΔV…(14)

扫描线驱动电路15在时刻t24将读出控制信号RD设为低电平电压。由此，读出晶体管Mrd截止(非导通状态)，开始蓄积期间Pch(从时刻t24到时刻t25的期间)。

在蓄积期间Pch，光电转换元件30的阴极电压Vpix如下述(15)式所示，输出信号线SL的电压Vsig如下述(16)式所示(参照图10D)。

Vpix＜COM2+Vth－ΔV…(15)

Vsig＝Vdet＝0…(16)

扫描线驱动电路15在时刻t25将读出控制信号RD设为高电平电压。由此，读出晶体管Mrd接通(导通状态)，开始读出期间Pdet(从时刻t25到时刻t26的期间)。

其结果，在时刻t26，光电转换元件30的阴极电压Vpix如下述(17)式所示(参照图10E)。此时，输出信号线SL的电压Vsig、即从输出信号线SL输出的检测信号Vdet的电压Vdet2如下述(18)式所示(参照图10E)。需要说明的是，在下述(17)式及下述(18)式中，ΔVch是根据在蓄积期间Pch及读出期间Pdet(从时刻t24到时刻t26的期间)照射到光电转换元件30的光而变动的信号分量。

Vpix＝COM2+Vth－ΔV－ΔVch…(17)

Vdet＝Vdet2＝COM2－ΔV－ΔVch…(18)

时刻t24时的检测信号Vdet的电压Vdet1(上式(14))与时刻t26时的检测信号Vdet的电压Vdet2(上式(18))的差分如下述(19)式所示。检测部40基于该差分ΔVch进行检测处理。

Vdet1－Vdet2＝ΔVch…(19)

图11是示出实施方式中的检测信号的检测范围与源跟随器晶体管的阈值电压的关系的图。在图11中，横轴表示源跟随器晶体管Msf的阈值电压Vth，纵轴表示检测信号Vdet。在图11中，将源跟随器晶体管Msf的阈值电压Vth的上限值设为VthH，将源跟随器晶体管Msf的阈值电压Vth的下限值设为VthL。另外，在图11中，将检测信号Vdet的检测范围的上限值设为VdetH，将检测信号Vdet的检测范围的下限值设为VdetL。检测信号Vdet的检测范围的上限值VdetH例如为2.9[V]。检测信号Vdet的检测范围的下限值VdetL例如为0.4[V]。另外，VmH及VmL表示考虑了源跟随器晶体管Msf的温度特性、可靠性的电压余度。电压余度VmH、VmL例如为0.4[V]。即，检测信号Vdet的检测范围设为从VdetL+VmL(例如0.8[V])到VdetH－VmH(例如2.5[V])。

在实施方式所涉及的检测元件3中，上述检测信号Vdet的电压Vdet1及Vdet2中不包括源跟随器晶体管Msf的阈值电压Vth。因此，如图11所示，检测灵敏度S、即实质上的检测信号Vdet的最大检测范围ΔVchmax如下述(20)式所示(参照图11)。

S＝ΔVchmax

＝(VdetH－VmH)－(VdetL+VmL)…(20)

这里，例如当VdetH＝2.9[V]、VdetL＝0.4[V]、电压余度VmH＝VmL＝0.4[V]时，检测灵敏度S(＝ΔVchmax)为1.7[V]，能够使检测灵敏度S比比较例更广。由此，能够提高检测装置1的检测精度。

具体而言，例如能够缩短蓄积期间Pch。由此，能够缩短指纹等与生物体相关的信息的认证时间。

另外，具体而言，例如能够降低照明装置121等光源的发光强度。由此，能够减少功耗。

另外，具体而言，例如能够减小传感器面积。由此，能够使传感器部10高精细化。因此，例如可以考虑将如手指的汗腺等那样更详细的生物体信息用于认证。

上述实施方式可适当组合各构成要素。另外，关于通过本实施方式中所描述的方式带来的其它作用效果，从本说明书的记载显而易见的作用效果、或本领域技术人员可适当想到的作用效果，当然可理解为是由本发明所带来的。

附图标记说明

1检测装置 3，3a检测元件

10传感器部 15扫描线驱动电路

16信号线选择电路 16a第一信号线选择电路

16b第二信号线选择电路 21基板

30光电转换元件 48检测电路

AA检测区域 GA周边区域

GLrd读出控制扫描线 GLrst复位控制扫描线

GLsel第一选择信号供给线 GLvr基准电压供给线

GLxsel第二选择信号供给线 Mrst复位晶体管

Mrd读出晶体管 Msf源跟随器晶体管

Tr开关晶体管 RST复位控制信号

RD读出控制信号 SEL第一选择信号

SL输出信号线 COM基准电压

COM1第一基准电压 COM2第二基准电压

VDD电源电压 Vrst复位电压

xSEL第二选择信号。

Claims (5)

1.一种检测装置，具备：

多个检测元件，在检测区域排列成矩阵状；

多条扫描线，与在第一方向上排列的多个所述检测元件连接，向所述检测元件供给多个驱动信号；

多条输出信号线，与在不同于所述第一方向的第二方向上排列的多个所述检测元件连接，来自该检测元件的检测信号被输出到所述输出信号线；

驱动电路，向所述检测元件供给多个所述驱动信号；以及

检测电路，所述检测信号经由所述输出信号线被供给到所述检测电路，

所述检测元件具备：

光电转换元件；

源跟随器晶体管，输出与由所述光电转换元件产生的电荷相应的信号；以及

读出晶体管，读出所述源跟随器晶体管的输出信号，并输出所述检测信号，

在复位期间，叠加有规定的基准电压与所述源跟随器晶体管的阈值电压的初始电压被施加于所述光电转换元件。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其中，

所述检测元件在所述复位期间经由所述读出晶体管及所述源跟随器晶体管被施加从所述输出信号线输入的所述基准电压，对所述光电转换元件设定所述初始电压。

3.根据权利要求2所述的检测装置，其中，

所述检测装置具备信号线选择电路，所述信号线选择电路将所述输出信号线的连接目的地在所述检测电路与基准电压供给线之间切换，

所述信号线选择电路在所述复位期间，将所述输出信号线与所述基准电压供给线连接而供给所述基准电压后，将所述输出信号线与所述检测电路连接。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的检测装置，其中，所述检测装置具备：

开关晶体管，对所述源跟随器晶体管供给或切断规定的电源电压；以及

复位晶体管，对所述光电转换元件供给或切断所述电源电压，

多个所述驱动信号包括：

读出控制信号，控制所述读出晶体管及所述开关晶体管；以及

复位控制信号，控制所述复位晶体管及所述开关晶体管，

多条所述扫描线包括：

读出控制扫描线，向所述读出晶体管及所述开关晶体管供给所述读出控制信号；以及

复位控制扫描线，向所述复位晶体管及所述开关晶体管供给所述复位控制信号。

5.根据权利要求4所述的检测装置，其中，

所述驱动电路在所述复位期间，在对所述复位晶体管及所述开关晶体管进行接通控制后，对所述开关晶体管进行截止控制、对所述读出晶体管进行接通控制，进而，在对所述复位晶体管进行截止控制、对所述开关晶体管进行接通控制后，对所述读出晶体管进行截止控制，

所述驱动电路在经过继所述复位期间之后的蓄积期间后，对所述读出晶体管进行接通控制，开始读出期间。

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