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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024011260
(43)【公開日】2024-01-25
(54)【発明の名称】信号処理装置、センサ装置、及び信号処理方法
(51)【国際特許分類】
G01L 1/16 20060101AFI20240118BHJP
G01L 5/00 20060101ALN20240118BHJP
【ＦＩ】
G01L1/16 G
G01L5/00 101Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022113133
(22)【出願日】2022-07-14
(71)【出願人】
【識別番号】000003193
【氏名又は名称】ＴＯＰＰＡＮホールディングス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100113435
【弁理士】
【氏名又は名称】黒木 義樹
(74)【代理人】
【識別番号】100169063
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 洋平
(74)【代理人】
【識別番号】100224546
【弁理士】
【氏名又は名称】小松 龍
(72)【発明者】
【氏名】石▲崎▼ 守
【テーマコード（参考）】
2F051
【Ｆターム（参考）】
2F051AA17
2F051AB08
2F051AC01
(57)【要約】
【課題】センサに付与される外部刺激を正しく評価できる信号処理装置、センサ装置、及び信号処理方法を提供する。
【解決手段】信号処理装置は、外部刺激に伴って生じる電極の電位の変化に基づく信号を出力するセンサの信号を処理する信号処理装置であって、信号の時系列データである信号データを取得する信号データ取得部と、信号データを時間積分することにより得られる時間積分値を、信号データの一定割合の減衰にかかる時間を示す時定数で除することにより、信号データの減衰を補償するための補正データを算出する補正データ算出部と、補正データを信号データに加算する補正を行うことにより、補正後の信号データである補正信号データを生成する補正信号データ生成部と、を備える。
【選択図】図１０
【解決手段】信号処理装置は、外部刺激に伴って生じる電極の電位の変化に基づく信号を出力するセンサの信号を処理する信号処理装置であって、信号の時系列データである信号データを取得する信号データ取得部と、信号データを時間積分することにより得られる時間積分値を、信号データの一定割合の減衰にかかる時間を示す時定数で除することにより、信号データの減衰を補償するための補正データを算出する補正データ算出部と、補正データを信号データに加算する補正を行うことにより、補正後の信号データである補正信号データを生成する補正信号データ生成部と、を備える。
【選択図】図１０
【特許請求の範囲】
【請求項1】
外部刺激に伴って生じる電極の電位の変化に基づく信号を出力するセンサの前記信号を処理する信号処理装置であって、
前記信号の時系列データである信号データを取得する信号データ取得部と、
前記信号データを時間積分することにより得られる時間積分値を、前記信号データの一定割合の減衰にかかる時間を示す時定数で除することにより、前記信号データの減衰を補償するための補正データを算出する補正データ算出部と、
前記補正データを前記信号データに加算する補正を行うことにより、補正後の前記信号データである補正信号データを生成する補正信号データ生成部と、
を備える、信号処理装置。
前記信号の時系列データである信号データを取得する信号データ取得部と、
前記信号データを時間積分することにより得られる時間積分値を、前記信号データの一定割合の減衰にかかる時間を示す時定数で除することにより、前記信号データの減衰を補償するための補正データを算出する補正データ算出部と、
前記補正データを前記信号データに加算する補正を行うことにより、補正後の前記信号データである補正信号データを生成する補正信号データ生成部と、
を備える、信号処理装置。
【請求項2】
予め取得された信号データから得られる時定数を、前記信号データの前記時定数として設定する時定数設定部を更に備える、請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項3】
前記センサの前記電極と前記センサの対向電極との間が有する抵抗成分と、前記電極と前記センサの前記対向電極との間に生じる静電容量との積を、前記信号データの前記時定数として設定する時定数設定部を更に備える、請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項4】
前記信号データに含まれる複数の信号値のうち、前記外部刺激に伴って生じる前記信号データの時間変化を示すための基準となる前記信号値をベースラインとして設定するベースライン設定部を更に備え、
前記補正データ算出部は、前記ベースラインが差し引かれた前記信号データを時間積分することにより、前記時間積分値を算出する、請求項１に記載の信号処理装置。
前記補正データ算出部は、前記ベースラインが差し引かれた前記信号データを時間積分することにより、前記時間積分値を算出する、請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項5】
前記外部刺激に伴って生じる前記信号データの時間変化の開始時間を検出する変化検出部を更に備え、
前記ベースライン設定部は、前記開始時間よりも所定時間前の時間における前記信号値を、前記ベースラインとして設定する、請求項４に記載の信号処理装置。
前記ベースライン設定部は、前記開始時間よりも所定時間前の時間における前記信号値を、前記ベースラインとして設定する、請求項４に記載の信号処理装置。
【請求項6】
前記外部刺激に伴って生じる前記信号データの時間変化の開始時間を検出する変化検出部を更に備え、
前記補正信号データ生成部は、前記開始時間よりも所定時間前の時間以降の前記補正データを用いて、前記補正信号データを生成する、請求項１に記載の信号処理装置。
前記補正信号データ生成部は、前記開始時間よりも所定時間前の時間以降の前記補正データを用いて、前記補正信号データを生成する、請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項7】
前記外部刺激に伴って生じる前記信号データの時間変化の終了時間を検出する変化検出部を更に備え、
前記補正信号データ生成部は、前記終了時間よりも所定時間後の時間以前の前記補正データを用いて、前記補正信号データを生成する、請求項１に記載の信号処理装置。
前記補正信号データ生成部は、前記終了時間よりも所定時間後の時間以前の前記補正データを用いて、前記補正信号データを生成する、請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項8】
前記電極の電荷蓄積のリセットを制御するリセット制御部を更に備え、
前記リセット制御部は、前記終了時間よりも所定時間後の時間以降に前記電荷蓄積のリセットを実行させる、請求項７に記載の信号処理装置。
前記リセット制御部は、前記終了時間よりも所定時間後の時間以降に前記電荷蓄積のリセットを実行させる、請求項７に記載の信号処理装置。
【請求項9】
請求項１～８のいずれか一項に記載の信号処理装置と、
前記電位の変化に基づく前記信号を出力する前記センサと、
を備える、センサ装置。
前記電位の変化に基づく前記信号を出力する前記センサと、
を備える、センサ装置。
【請求項10】
外部刺激に伴って生じる電極の電位の変化に基づく信号を出力するセンサの前記信号を処理する信号処理方法であって、
前記信号の時系列データである信号データを取得するステップと、
前記信号データを時間積分することにより得られる時間積分値を、前記信号データの一定割合の減衰にかかる時間を示す時定数で除することにより、前記信号データの減衰を補償するための補正データを算出するステップと、
前記補正データを前記信号データに加算する補正を行うことにより、補正後の前記信号データである補正信号データを生成するステップと、
を備える、信号処理方法。
前記信号の時系列データである信号データを取得するステップと、
前記信号データを時間積分することにより得られる時間積分値を、前記信号データの一定割合の減衰にかかる時間を示す時定数で除することにより、前記信号データの減衰を補償するための補正データを算出するステップと、
前記補正データを前記信号データに加算する補正を行うことにより、補正後の前記信号データである補正信号データを生成するステップと、
を備える、信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、信号処理装置、センサ装置、及び信号処理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
例えばヘルスケア及びセキュリティなどの分野において、圧力センサ、変位センサ、及び指紋センサといったセンサが注目されている。このようなセンサとして、例えば特許文献１～３に記載されたセンサが知られている。このようなセンサは、外部刺激に伴って生じる電極の電位変化を検出し、その電位変化に応じた信号を出力する。この信号に基づいて外部刺激に関する情報が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００６－１６３６１９号公報
【特許文献2】特開２０１５－０９７０６８号公報
【特許文献3】国際公開第２０２１／２０１２４７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上述したようなセンサから出力される信号は、外部刺激が印加されてから時間の経過と共に徐々に減衰していく傾向がある。このような信号の減衰は、外部刺激の過小評価或いは外部刺激の見逃しといった事態を招き得る。従って、このような減衰が生じた信号では、外部刺激を正しく評価することが困難となり得る。
【0005】
本発明は、センサに付与される外部刺激を正しく評価できる信号処理装置、センサ装置、及び信号処理方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一側面に係る信号処理装置は、外部刺激に伴って生じる電極の電位の変化に基づく信号を出力するセンサの信号を処理する信号処理装置であって、信号の時系列データである信号データを取得する信号データ取得部と、信号データを時間積分することにより得られる時間積分値を、信号データの一定割合の減衰にかかる時間を示す時定数で除することにより、信号データの減衰を補償するための補正データを算出する補正データ算出部と、補正データを信号データに加算する補正を行うことにより、補正後の信号データである補正信号データを生成する補正信号データ生成部と、を備える。
【0007】
本発明の別の側面に係るセンサ装置は、上述した信号処理装置と、電位の変化に基づく信号を出力するセンサと、を備える。
【0008】
本発明の更に別の側面に係る信号処理方法は、外部刺激に伴って生じる電極の電位の変化に基づく信号を出力するセンサの信号を処理する信号処理方法であって、信号の時系列データである信号データを取得するステップと、信号データを時間積分することにより得られる時間積分値を、信号データの一定割合の減衰にかかる時間を示す時定数で除することにより、信号データの減衰を補償するための補正データを算出するステップと、補正データを信号データに加算する補正を行うことにより、補正後の信号データである補正信号データを生成するステップと、を備える。
【0009】
上述した信号処理装置、センサ装置、及び信号処理方法では、外部刺激がセンサに付与されると、センサの電極の電位に変化が生じ、その電位の変化に基づく信号がセンサから出力される。この信号は、外部刺激が付与されてから時間の経過と共に徐々に減衰する傾向がある。このような信号の減衰は、外部刺激の評価に影響を及ぼし得る。これに対し、本発明者は、このような減衰の影響を低減すべく、鋭意検討を重ねた結果、信号データの減衰を補償する補正を行うことが可能であることを見出した。具体的には、本発明者は、信号データの時間積分値を時定数で除することによって得られる補正データが、信号データの減衰量に相当することを見出した。そして、本発明者は、このように算出された補正データを信号データに加算する補正を行うことにより、信号データの減衰が補償された補正信号データを得るに至った。このように減衰が補償された補正信号データを用いて外部刺激を評価すれば、信号データの減衰に起因する外部刺激の過小評価或いは外部刺激の見逃しといった事態を抑制することができる。これにより、外部刺激の評価を正しく行うことが可能になる。
【0010】
上述した信号処理装置は、予め取得された信号データから得られる信号データの時定数を、信号データの時定数として設定する時定数設定部を更に備えてもよい。時定数は、画素毎に値を有してよい。時定数の設定方法としては、製造直後に、所定の刺激（例えば一定の刺激値）を印加した時に取得された信号データから得られる時定数を、信号データの時定数として設定してよい。この場合、製品に最初から時定数を設定できる。あるいは、他の時定数の設定方法として、使用直前に、所定の刺激（例えば一定の刺激値）を印加した時に取得された信号データから得られる時定数を、信号データの時定数として設定してよい。この場合、信号データの時定数を容易に求めることができる。
【0011】
上述した信号処理装置は、センサの電極とセンサの対向電極との間が有する抵抗成分と、電極とセンサの対向電極との間に生じる静電容量との積を、信号データの時定数として設定する時定数設定部を更に備えてもよい。この場合、センサが有する抵抗成分及び静電容量を利用して、信号データの時定数を容易に求めることができる。
【0012】
上述した信号処理装置は、信号データに含まれる複数の信号値のうち、外部刺激に伴って生じる信号データの時間変化を示すための基準となる信号値をベースラインとして設定するベースライン設定部を更に備え、補正データ算出部は、ベースラインが差し引かれた信号データを時間積分することにより、時間積分値を算出してもよい。この場合、信号データのベースラインが０からずれていたとしても、ベースラインのずれの影響を加味して補正データを算出し、ベースラインのずれを補償しながら補正信号データを生成できる。その結果、補正信号データに基づく外部刺激の評価をより正しく行うことが可能となる。
【0013】
上述した信号処理装置は、外部刺激に伴って生じる信号データの時間変化の開始時間を検出する変化検出部を更に備え、ベースライン設定部は、開始時間よりも所定時間前の時間における信号値を、ベースラインとして設定してもよい。この場合、予め実験等によりベースラインを測定することなく、信号データからベースラインを直接的に求めることができる。
【0014】
上述した信号処理装置は、外部刺激に伴って生じる信号データの時間変化の開始時間を検出する変化検出部を更に備え、補正信号データ生成部は、開始時間よりも所定時間前の時間以降の補正データを用いて、補正信号データを生成してもよい。この場合、開始時間よりも所定時間前の時間以前の信号データに変動が生じていたとしても、その変動成分を加味せずに補正信号データを得ることができる。その結果、補正信号データに基づく外部刺激の評価をより正しく行うことが可能となる。
【0015】
上述した信号処理装置は、外部刺激に伴って生じる信号データの時間変化の終了時間を検出する変化検出部を更に備え、補正信号データ生成部は、終了時間よりも所定時間後の時間以前の補正データを用いて、補正信号データを生成してもよい。この場合、終了時間よりも所定時間後の時間以降の信号データに変動が生じていたとしても、その変動成分を加味せずに補正信号データを得ることができる。その結果、補正信号データに基づく外部刺激の評価をより正しく行うことが可能となる。
【0016】
上述した信号処理装置は、電極の電荷蓄積のリセットを制御するリセット制御部を更に備え、リセット制御部は、終了時間よりも所定時間後の時間以降に電荷蓄積のリセットを実行させてもよい。この場合、電極に残存する電荷が次の信号処理に影響を及ぼしてしまう事態を抑制できる。その結果、補正信号データに基づく外部刺激の評価をより正しく行うことが可能となる。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、センサに付与される外部刺激を正しく評価できる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】図１（ａ）は、第１実施形態に係るセンサ装置が備えるセンサの例を示す断面図である。図１（ｂ）は、第１実施形態に係るセンサ装置が備えるセンサの別の例を示す断面図である。図１（ｃ）は、第１実施形態に係るセンサ装置が備えるセンサの別の例を示す断面図である。
【図15】図１５（ａ）は、センサに対する外部刺激条件の例を示すグラフである。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の外部刺激条件の下で取得される１画素分の信号データを示すグラフである。図１５（ｃ）は、図１５（ｂ）の信号データから算出した、信号データを補正するための補正データを示すグラフである。図１５（ｄ）は、図１５（ｃ）の補正データによって補正された補正信号データを示すグラフである。
【図17】図１７（ａ）は、センサに対する外部刺激条件の別の例を示すグラフである。図１７（ｂ）は、図１７（ａ）の外部刺激条件の下で取得される１画素分の信号データを示すグラフである。図１７（ｃ）は、図１７（ｂ）の信号データから算出した、信号データを補正するための補正データを示すグラフである。図１７（ｄ）は、図１７（ｃ）の補正データによって補正された補正信号データを示すグラフである。
【図18】図１８（ａ）は、センサに対する外部刺激条件の別の例を示すグラフである。図１８（ｂ）は、図１８（ａ）の外部刺激条件の下で取得される１画素分の信号データを示すグラフである。図１８（ｃ）は、図１８（ｂ）の信号データから算出した、信号データを補正するための補正データを示すグラフである。図１８（ｄ）は、図１８（ｃ）の補正データによって補正された補正信号データを示すグラフである。
【図19】図１９（ａ）は、センサに対する外部刺激条件の別の例を示すグラフである。図１９（ｂ）は、図１９（ａ）の外部刺激条件の下で取得される１画素分の信号データを示すグラフである。図１９（ｃ）は、図１９（ｂ）の信号データから算出した、信号データを補正するための補正データを示すグラフである。図１９（ｄ）は、図１９（ｃ）の補正データによって補正された補正信号データを示すグラフである。図１９（ｅ）は、図１９（ｄ）の補正信号データからベースラインを差し引くことにより得られる補正信号データを示すグラフである。
【図20】図２０（ａ）は、センサに対する外部刺激条件の別の例を示すグラフである。図２０（ｂ）は、図２０（ａ）の外部刺激条件の下で取得される１画素分の信号データを示すグラフである。図２０（ｃ）は、図２０（ｂ）の信号データから算出した、信号データを補正するための補正データを示すグラフである。図２０（ｄ）は、図２０（ｃ）の補正データによって補正された補正信号データを示すグラフである。図２０（ｅ）は、図２０（ｄ）の補正信号データからベースラインを差し引くことにより得られる補正信号データを示すグラフである。
【図24】図２４（ａ）は、センサに対する外部刺激条件の例を示すグラフである。図２４（ｂ）は、図２４（ａ）の外部刺激条件の下で取得される１画素分の信号データを示すグラフである。図２４（ｃ）は、図２４（ｂ）の信号データから算出した、信号データを補正するための補正データを示すグラフである。図２４（ｄ）は、図２４（ｃ）の補正データによって補正された補正信号データを示すグラフである。図２４（ｅ）は、図２４（ｄ）の補正信号データからベースラインを差し引くことにより得られる補正信号データを示すグラフである。
【図25】図２５（ａ）は、センサに対する外部刺激条件の別の例を示すグラフである。図２５（ｂ）は、図２５（ａ）の外部刺激条件の下で取得される１画素分の信号データを示すグラフである。図２５（ｃ）は、図２５（ｂ）の信号データから算出した、信号データを補正するための補正データを示すグラフである。図２５（ｄ）は、図２５（ｃ）の補正データによって補正された補正信号データを示すグラフである。図２５（ｅ）は、図２５（ｄ）の補正信号データからベースラインを差し引くことにより得られる補正信号データを示すグラフである。
【図28】図２８（ａ）は、センサに対する外部刺激条件の例を示すグラフである。図２８（ｂ）は、図２８（ａ）の外部刺激条件の下で取得される１画素分の信号データを示すグラフである。図２８（ｃ）は、図２８（ｂ）の信号データから算出した、信号データを補正するための補正データを示すグラフである。図２８（ｄ）は、図２８（ｃ）の補正データによって補正された補正信号データを示すグラフである。図２８（ｅ）は、図２８（ｄ）の補正信号データからベースラインを差し引くことにより得られる補正信号データを示すグラフである。
【図29】図２９（ａ）は、センサに対する外部刺激条件の別の例を示すグラフである。図２９（ｂ）は、図２９（ａ）の外部刺激条件の下で取得される１画素分の信号データを示すグラフである。図２９（ｃ）は、図２９（ｂ）の信号データから算出した、信号データを補正するための補正データを示すグラフである。図２９（ｄ）は、図２９（ｃ）の補正データによって補正された補正信号データを示すグラフである。図２９（ｅ）は、図２９（ｄ）の補正信号データからベースラインを差し引くことにより得られる補正信号データを示すグラフである。
【図31】図３１（ａ）は、センサに対する外部刺激条件の例を示すグラフである。図３１（ｂ）は、図３１（ａ）の外部刺激条件の下で取得される１画素分の信号データを示すグラフである。図３１（ｃ）は、図３１（ｂ）の信号データから算出した、信号データを補正するための補正データを示すグラフである。図３１（ｄ）は、図３１（ｃ）の補正データによって補正された補正信号データを示すグラフである。図３１（ｅ）は、図３１（ｄ）の補正信号データからベースラインを差し引くことにより得られる補正信号データを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明の実施形態に係る信号処理装置、センサ装置、及び信号処理方法について、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を適宜省略する。図面の寸法及び寸法比率は、必ずしも実際の寸法及び寸法比率とは一致していない。
【0020】
［第１実施形態］
図１（ａ）は、第１実施形態に係るセンサ装置１が備えるセンサ１０の例を示す断面図である。センサ装置１は、センサ１０に付与される外部刺激を検出する装置である。外部刺激は、センサ１０に対して外部から付与される刺激である。このような外部刺激としては、圧力、曲げ、変位、又は振動などが挙げられる。外部刺激としては、センサ１０に対する指等の物体の近接動作もあり得る。センサ１０は、外部刺激に伴う画素電極２５に生じる電位の変化を検出し、当該電位の変化を示す信号を出力する。画素電極２５は、後述する走査配線６１及び信号配線６２（例えば、図３参照）の交点に対応する検知点に対して一個ずつ配置される電極であり、マトリクス状（二次元状）に複数配列されている。なお、本明細書では、走査配線６１及び信号配線６２の交点に対応する検知点を「画素」と称する。
図１（ａ）は、第１実施形態に係るセンサ装置１が備えるセンサ１０の例を示す断面図である。センサ装置１は、センサ１０に付与される外部刺激を検出する装置である。外部刺激は、センサ１０に対して外部から付与される刺激である。このような外部刺激としては、圧力、曲げ、変位、又は振動などが挙げられる。外部刺激としては、センサ１０に対する指等の物体の近接動作もあり得る。センサ１０は、外部刺激に伴う画素電極２５に生じる電位の変化を検出し、当該電位の変化を示す信号を出力する。画素電極２５は、後述する走査配線６１及び信号配線６２（例えば、図３参照）の交点に対応する検知点に対して一個ずつ配置される電極であり、マトリクス状（二次元状）に複数配列されている。なお、本明細書では、走査配線６１及び信号配線６２の交点に対応する検知点を「画素」と称する。
【0021】
図１（ａ）に示すように、センサ１０は、例えば、基板１５と、薄膜トランジスタ層２０と、複数の画素電極２５と、被刺激層（例えば圧電体層）３０と、対向電極３５を備える。基板１５は、例えば、絶縁材料によって構成された基板である。基板１５は、センサ１０に付与される外部刺激に応じて変形可能な可撓性を有してよい。図１（ａ）の場合、基板１５の表面１５ａ上には、薄膜トランジスタ層２０と、複数の画素電極２５と、被刺激層（圧電体層）３０と、対向電極３５とが順に積層されている。センサ１０は、複数の画素電極２５上を覆う絶縁層を更に有してもよい。例えば、図１（ｂ）の場合、センサ１０ａは、複数の画素電極２５と被刺激層３０の間に接着層３０Ａを更に有する。図１（ｃ）の場合、センサ１０ｂの基板１５上には、対向電極３５Ａと、薄膜トランジスタ層２０と、複数の画素電極２５と、被刺激層３０が順に積層されている。対向電極３５Ａは、薄膜トランジスタ層２０に内蔵されていてもよい。対向電極３５Ａと画素電極２５の間は、薄膜トランジスタ層２０の一部であってもよい。本開示の「センサ」としては、図１（ａ）～図１（ｃ）のいずれのセンサが用いられてもよい。
【0022】
以下では、基板１５の表面１５ａに沿った一方向をＸ方向とし、表面１５ａに沿い且つ当該一方向と直交する方向をＹ方向とし、表面１５ａに直交する方向（すなわち、基板１５の厚さ方向）をＺ方向として説明する。また、本実施形態では、Ｚ方向から見ることを「平面視」と称し、Ｚ方向における基板１５側を「下」、その反対側である被刺激層３０側を「上」と称することがある。
【0023】
図２は、薄膜トランジスタ層２０の構成を示す断面図であり、図１（ａ）のＡ部を拡大して示している。図３は、薄膜トランジスタ層２０の構成を示す平面図である。図２に示すように、薄膜トランジスタ層２０は、基板１５の表面１５ａ上に順に積層されたゲート絶縁膜５０及び層間絶縁膜５１を有する。また、薄膜トランジスタ層２０は、基板１５の表面１５ａ上においてマトリクス状に配列された薄膜トランジスタ群２４を有する。薄膜トランジスタ群２４は、画素ごとに一個ずつ配置されており、マトリクス状（二次元状）に配列されている。具体的には、薄膜トランジスタ群２４は、Ｘ方向及びＹ方向に沿って一定のピッチでＮ行Ｍ列（Ｍ、Ｎは１以上の整数）に配列されている。
【0024】
薄膜トランジスタ群２４のそれぞれは、複数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の集合体である。薄膜トランジスタは、例えば、有機薄膜トランジスタ（有機半導体）又は酸化物薄膜トランジスタ（酸化物半導体）としてよい。以下、マトリクス状に配列された薄膜トランジスタ群２４を薄膜トランジスタアレイと称することがある。
【0025】
薄膜トランジスタ群２４は、例えば、画素用の薄膜トランジスタ２１と、選択用の薄膜トランジスタ２２と、を含む。薄膜トランジスタ群２４は、例えば、１画素に２個の薄膜トランジスタ２１，２２を含む。薄膜トランジスタ２１は、ゲート電極Ｇ１と、ソース電極Ｓ１と、半導体層ＳＣ１と、ドレイン電極Ｄ１とを含む。薄膜トランジスタ２２は、ゲート電極Ｇ２と、ソース電極Ｓ２と、半導体層ＳＣ２と、ドレイン電極Ｄ２と、を含む。ゲート電極Ｇ１及びゲート電極Ｇ２は、基板１５の表面１５ａ上に配置されており、Ｘ方向において互いに離間している。ゲート絶縁膜５０は、基板１５の表面１５ａ上においてゲート電極Ｇ１及びゲート電極Ｇ２を覆うように配置されている。ゲート絶縁膜５０は、ゲート電極Ｇ１とゲート電極Ｇ２との間、及びゲート電極Ｇ１，Ｇ２と他の電極との間を電気的に絶縁する。
【0026】
ソース電極Ｓ１、ドレイン電極Ｄ１、半導体層ＳＣ１、ソース電極Ｓ２、ドレイン電極Ｄ２、及び半導体層ＳＣ２は、ゲート絶縁膜５０上に配置されている。ソース電極Ｓ１、ドレイン電極Ｄ１、及び半導体層ＳＣ１は、ゲート絶縁膜５０を介してゲート電極Ｇ１上に配置されている。ソース電極Ｓ２、ドレイン電極Ｄ２、及び半導体層ＳＣ２は、ゲート絶縁膜５０を介してゲート電極Ｇ２上に配置されている。層間絶縁膜５１は、ゲート絶縁膜５０上において、ソース電極Ｓ１、ドレイン電極Ｄ１、半導体層ＳＣ１、ソース電極Ｓ２、ドレイン電極Ｄ２、及び半導体層ＳＣ２を覆うように配置されている。
【0027】
層間絶縁膜５１上には、画素電極２５が配置されている。層間絶縁膜５１は、ソース電極Ｓ１、ドレイン電極Ｄ１、ソース電極Ｓ２、及びドレイン電極Ｄ２を含む電極群と、画素電極２５との間を電気的に絶縁する。ゲート電極Ｇ１は、ゲート絶縁膜５０内に形成されたビア配線５３と、層間絶縁膜５１内に形成されたビア配線５４とを介して、画素電極２５と電気的に接続されている。ゲート絶縁膜５０は、ビア配線５３の位置に開口を有する。層間絶縁膜５１は、ビア配線５４の位置に開口を有する。ソース電極Ｓ１は、接続配線５５を介して、ドレイン電極Ｄ２と電気的に接続されている。
【0028】
複数の画素電極２５は、例えば、画素ごとに一個ずつ配置される電極である。複数の画素電極２５は、複数の薄膜トランジスタ群２４と同様、Ｘ方向及びＹ方向に沿ってＮ行Ｍ列に配列されている。その結果、各画素電極２５は、平面視において各薄膜トランジスタ群２４と重なるように配置されている。各画素電極２５はＸ方向及びＹ方向において互いに離間しており、各画素電極２５の間の電気絶縁性が確保されている。各画素電極２５の間の領域には、電気絶縁性の接着剤が設けられてもよいし、空気層が設けられてもよい。画素電極２５の材料としては、例えば、モリブデン（Ｍо）、アルミニウム（Ａｌ）、又は銀（Ａｇ）などの金属、或いはこれらの金属を含む合金が用いられてもよいし、金属粒子を含有する混合物（例えば焼結体など）が用いられてもよい。
【0029】
被刺激層３０は、外部刺激を受ける層である。例えば外部刺激として圧力・曲げ・温度を用いる場合、図１（ａ）の構造を用い、被刺激層３０として、圧電体を使用することができる。圧電体の材料としては、例えば、ポリビニリデンジフルオリド（ＰＶＤＦ）、ポリ（ビニリデンジフルオリド－トリフルオロエチレン）共重合体（Ｐ（ＶＤＦ－ＴｒＦＥ））、又はポリ乳酸などが挙げられる。圧電体は、センサ１０に対して外部刺激による応力が付与されたときに、圧電体に分極が生じる圧電効果によって、当該応力に応じた電圧を発生する。被刺激層３０は、複数の画素電極２５と対向電極３５（共通電極）との間の電気絶縁性を確保する絶縁層としての機能も有する。
【0030】
あるいは外部刺激として圧力・曲げ・温度を用いる場合、図１（ｂ）の構造を用い、被刺激層３０として、圧電体を使用することができる。圧電体の材料としては、例えば、ポリビニリデンジフルオリド（ＰＶＤＦ）、ポリ（ビニリデンジフルオリド－トリフルオロエチレン）共重合体（Ｐ（ＶＤＦ－ＴｒＦＥ））、又はポリ乳酸などが挙げられる。圧電体は、センサ１０ａに対して外部刺激による応力が付与されたときに、圧電体に分極が生じる圧電効果によって、当該応力に応じた電圧を発生する。被刺激層３０は、複数の画素電極２５と対向電極３５との間の電気絶縁性を確保する絶縁層としての機能も有する。接着層３０Ａは、画素電極２５と被刺激層３０を接着するとともに、画素電極２５と被刺激層３０の間を高い静電容量で接続し、かつ隣接する画素電極２５間を絶縁する。接着層３０Ａとしては、アクリル、エポキシ等を用いることができる。
【0031】
あるいは外部刺激として物体（例えば人体のように導電性を有する物体）の近接を用いる場合、図１（ｃ）の構造を用い、被刺激層３０自体は単純な絶縁層でよく、導電体の近接による静電容量変化によって画素電極２５の電位が変化する。被刺激層３０の材料としては、例えば、アクリル、エポキシ、フッ素系樹脂、又はシリコーン樹脂等を用いることができる。
【0032】
図１（ａ）の場合、対向電極３５は、被刺激層３０を介して複数の画素電極２５とＺ方向に対向し、静電容量成分を有している。図１（ｂ）の場合、対向電極３５は、被刺激層３０及び接着層３０Ａを介して複数の画素電極２５とＺ方向に対向し、静電容量成分を有している。図１（ｃ）の場合、対向電極３５Ａは、薄膜トランジスタ層２０（またはその一部、例えば層間絶縁膜またはゲート電極）を介して複数の画素電極２５とＺ方向に対向し、静電容量成分を有している。図１（ａ）や図１（ｂ）では、対向電極３５は、例えば、平面視において全ての画素電極２５と重なるように配置される１枚の共通電極である。図１（ｃ）では、対向電極３５Ａは、複数の画素電極２５との重なりを有する、Ｙ方向に延びたストライプ形状である。対向電極３５の材料としては、例えば、モリブデン（Ｍо）、アルミニウム（Ａｌ）、又は銀（Ａｇ）などの金属、或いはこれらの金属を含む合金が用いられてもよいし、金属粒子を含有する混合物（例えば焼結体など）が用いられてもよい。対向電極３５には、任意の一定の電圧が印加されてもよいし、グランド（ＧＮＤ）電位が印加されてもよい。
【0033】
図３に示すように、センサ１０には、ドレイン配線６０と、走査配線６１と、信号配線６２とが設けられている。ドレイン配線６０は、ドレイン電極Ｄ１と接続されてＹ方向に沿って延びる配線である。ドレイン電極Ｄ１は、ドレイン配線６０を介して電源と電気的に接続されている。走査配線６１は、ゲート電極Ｇ２と接続されてＸ方向に沿って延びる配線である。信号配線６２は、ソース電極Ｓ２と接続されてＹ方向に沿って延びる配線である。信号配線６２は、ドレイン配線６０とはＸ方向に離間して配置されている。平面視において、ドレイン配線６０及び信号配線６２は、走査配線６１と交差（例えば直交）している。
【0034】
図４は、薄膜トランジスタ層２０において構成される薄膜トランジスタアレイの回路構成を示す図である。図４に示すように、複数の薄膜トランジスタ群２４は、Ｎ行Ｍ列にマトリクス状に配列されている。信号配線６２は、Ｘ方向において間隔を空けて複数（例えばＭ本）並ぶように配列されている。各信号配線６２は、Ｙ方向に一列に並ぶ複数の薄膜トランジスタ群２４のソース電極Ｓ２を接続している。各信号配線６２は、走査配線６１は、Ｙ方向において間隔を空けて並ぶ複数（例えばＮ本）並ぶように配列されており、各信号配線６２と交差（例えば直交）している。各走査配線６１は、Ｘ方向に一行に並ぶ複数の薄膜トランジスタ群２４のゲート電極Ｇ２を接続している。
【0035】
センサ１０に外部刺激が付与されると、画素電極２５には当該刺激に応じた電圧変化が発生する。電圧は、画素電極２５に接続された薄膜トランジスタ２１に入力される。簡単のため、１つの薄膜トランジスタ群２４に着目すると、画素電極２５の電圧は、薄膜トランジスタ２１のゲート電極Ｇ１に入力される。その後、薄膜トランジスタ２１は、ドレイン配線６０に接続されるドレイン電源の電圧を基に、ゲート電極Ｇ１に入力された電圧に対応する信号を、ドレイン電極Ｄ１からソース電極Ｓ１に出力する。ソース電極Ｓ１に出力された信号は、薄膜トランジスタ２２のドレイン電極Ｄ２に入力される。
【0036】
薄膜トランジスタ２２は、ドレイン電極Ｄ２に入力された信号を信号配線６２に出力するか否かを制御する。薄膜トランジスタ２２のゲート電極Ｇ２には、走査配線６１から、薄膜トランジスタ２２のオン／オフを切り替えるゲート電圧が印加される。薄膜トランジスタ２２は、ゲート電極Ｇ２に印加されるゲート電圧に基づいてドレイン電極Ｄ２とソース電極Ｓ２との間のオン／オフを切り替えるスイッチの役割を有する。薄膜トランジスタ２２がオフになるゲート電圧（オフ電圧）が走査配線６１からゲート電極Ｇ２に印加された場合には、ドレイン電極Ｄ２に入力された信号は、信号配線６２に出力されない。一方、薄膜トランジスタ２２がオンになるゲート電圧（オン電圧）が走査配線６１からゲート電極Ｇ２に印加された場合には、ドレイン電極Ｄ２に入力された信号は、ソース電極Ｓ２から信号配線６２に出力される。信号配線６２に出力された信号は、後述する信号処理装置５（図８（ａ）及び図８（ｂ）参照）によって画素ごとに検出される。
【0037】
図２～図４に示したセンサ１０に限らず、例えば、図５～図７に示すセンサ１０Ａが用いられてもよい。図５は、センサ１０Ａが備える薄膜トランジスタ層２０Ａの構成を示す断面図である。図６は、図５の薄膜トランジスタ層２０Ａの構成を示す断面図である。図５及び図６に示す例では、センサ１０Ａは、薄膜トランジスタ層２０に代えて薄膜トランジスタ層２０Ａを備える点で、センサ１０とは異なる。薄膜トランジスタ層２０Ａが有する薄膜トランジスタ群２４Ａは、画素用の薄膜トランジスタ２１、及び選択用の薄膜トランジスタ２２に加えて、リセット用の薄膜トランジスタ２３を含む。リセット用の薄膜トランジスタ２３は、ゲート電極Ｇ３と、ソース電極Ｓ３と、半導体層ＳＣ３と、ドレイン電極Ｄ３とを含む。
【0038】
図６において、ゲート電極Ｇ３は、基板１５の表面１５ａ上に配置されており、Ｘ方向においてゲート電極Ｇ１及びゲート電極Ｇ２から離間している。ゲート電極Ｇ３は、基板１５の表面１５ａ上において、ゲート電極Ｇ１及びゲート電極Ｇ２と共にゲート絶縁膜５０に覆われている。ソース電極Ｓ３、半導体層ＳＣ３、及びドレイン電極Ｄ３は、ゲート絶縁膜５０上に配置されている。ソース電極Ｓ３、ドレイン電極Ｄ３、及び半導体層ＳＣ３は、ゲート絶縁膜５０を介してゲート電極Ｇ３上に配置されている。ソース電極Ｓ３、ドレイン電極Ｄ３、及び半導体層ＳＣ３は、層間絶縁膜５１に覆われている。
【0039】
ドレイン電極Ｄ３は、ビア配線５３，５４と接続されている。ドレイン電極Ｄ３は、ビア配線５３，５４を介して、薄膜トランジスタ２１のゲート電極Ｇ１及び画素電極２５と電気的に接続されている。図６に示すように、薄膜トランジスタ２３には、共通配線６３及びリセット配線６４が設けられている。共通配線６３は、ソース電極Ｓ３と接続されてＹ方向に沿って延びる配線である。共通配線６３は、Ｘ方向においてドレイン配線６０に対して信号配線６２とは反対側に離間した位置に配置されている。共通配線６３の電位Ｖｃｏｍは、対向電極３５の電位Ｖｃｏｕｎｔｅｒと同電位、または対向電極３５とは異なる一定電位に設定される。リセット配線６４は、ゲート電極Ｇ３と接続されてＸ方向に沿って延びる配線である。リセット配線６４は、例えば、走査配線６１と平行に配置されている。リセット配線６４及び走査配線６１は、平面視においてドレイン配線６０、信号配線６２及び共通配線６３と交差（例えば、直交）している。リセット配線６４には、薄膜トランジスタ２３のオン／オフを切り替えるリセット電圧が印加される。
【0040】
図７は、薄膜トランジスタ層２０Ａにおいて構成される薄膜トランジスタアレイの回路構成を示す図である。薄膜トランジスタ２３は、センサ１０Ａによる外部刺激の検出を行う前に、画素電極２５を共通配線６３に短絡する（すなわち、画素電極２５を共通配線６３の電位Ｖｃｏｍと同電位にする）ことで、画素電極２５の電荷蓄積をリセットする機能を有する。図１（ａ）や図１（ｂ）に示す圧力・曲げ・温度センサの場合、通常、電位Ｖｃｏｍは対向電極３５の電位Ｖｃｏｕｎｔｅｒと同電位であり、リセットによってＶｐｉｘ＝Ｖｃｏｕｎｔｅｒにすることで、静電容量Ｃの電位差を０にする。
【0041】
リセットを解除して外部刺激（圧力・曲げ・温度等）を印加すると、被刺激層３０には外部刺激に比例した電圧が生じる。この電圧が図１２（ａ）や図１３（ａ）のキャパシタＣに生じるのであるが、等価的には、この電圧ｅ（ｔ）が図１２（ｂ）や図１３（ｂ）の回路を通って、薄膜トランジスタ２１のゲート電極Ｇ１に入り、その電圧に基づいた信号ｆ（ｔ）が信号配線６２から出力される。このようなリセット機能を有する図７の回路では、図４の回路よりも精密な検出を行うことが可能となる。薄膜トランジスタアレイの回路構成は、図４及び図７に示す例に限られず、他の回路構成であってもよい。
【0042】
図１（ｃ）に示す近接または指紋センサの場合、電位Ｖｃｏｍは電位Ｖｃｏｕｎｔｅｒとは異なる一定値にしておく。リセットによってＶｐｉｘ＝Ｖｃｏｍにすることで、静電容量Ｃの電位差をＶｃｏｍ－Ｖｃｏｕｎｔｅｒにする。リセットを解除した時の画素電極２５の電位はＶｃｏｍであるが、図１４（ａ）のように外部刺激（物体の近接）によって静電容量０～Ｃｘが印加されると、静電容量Ｃの電位差は、Ｖｃｏｍ－Ｖｃｏｕｎｔｅｒよりも減少する。等価的にはこの近接時に減少する電圧ｅ（ｔ）が図１４（ｂ）の回路を通って、薄膜トランジスタ２１のゲート電極Ｇ１に入り、その電圧に基づいた信号が信号配線６２から出力される。なお、薄膜トランジスタアレイの回路構成は、図４及び図７に示す例に限られず、他の回路構成であってもよい。
【0043】
図８（ａ）は、センサ装置１の構成を示す図である。図８（ａ）に示すセンサ装置１は、センサ１０と、信号処理装置５と、を備えている。センサ１０は、リセット用の薄膜トランジスタ２３を有しない薄膜トランジスタ層２０（図２及び図３参照）を備えている。従って、センサ１０は、画素電極２５の電荷蓄積をリセットする機能を有しない。信号処理装置５は、センサ１０と電気的に接続され、センサ１０からの信号を処理する。具体的には、信号処理装置５は、センサ１０の複数の信号配線６２からそれぞれ出力される信号を区別して検出する。信号処理装置５は、例えば、検出回路７５と、ＡＤコンバータ７９と、制御回路８０と、駆動回路８５と、を有する。
【0044】
図８（ｂ）は、センサ装置１Ａが備える信号処理装置５Ａを示す図である。図８（ｂ）に示すセンサ装置１Ａは、センサ１０Ａと、信号処理装置５Ａと、を備えている。センサ１０Ａは、リセット用の薄膜トランジスタ２３を有する薄膜トランジスタ層２０Ａ（図５及び図６参照）を有している。従って、センサ１０Ａは、画素電極２５の電荷蓄積をリセットする機能を有する。この場合、信号処理装置５Ａの制御回路８０Ａは、画素電極２５の電荷蓄積のリセットを制御するリセット制御部１２２（後述する図１０参照）を有する。信号処理装置５Ａは、制御回路８０Ａがリセット制御部１２２を有する点を除いて、信号処理装置５と同一の構成を有する。
【0045】
以下、信号処理装置５及び信号処理装置５Ａを代表して、信号処理装置５Ａの構成についてより具体的に説明する。図９は、信号処理装置５Ａの構成を示す図である。図９における信号処理装置５Ａの構成の説明は、信号処理装置５にも同様に適用できる。図９に示す例では、Ｍ本の信号配線６２は、Ｍ１本ごとにＭ２個のブロックＢ（図９において破線で囲まれた部分）によって区分けされている。つまり、１個のブロックＢにＭ１本の信号配線６２が設けられている。Ｍ１、Ｍ２はそれぞれ、Ｍ＝Ｍ１×Ｍ２の関係を満たす２以上の整数である。
【0046】
検出回路７５は、Ｍ本の信号配線６２と電気的に接続され、Ｍ本の信号配線６２から出力される信号を検出する。検出回路７５は、各信号配線６２から出力される各信号を区別して検出するために、各信号を行ごとに順次読み出すように構成されている。検出回路７５は、例えば、Ｍ２個の切替回路８１と、Ｍ２個のカウンタ８２と、Ｍ２個の負荷抵抗７６と、Ｍ２個のアンプ７７と、１個の切替回路７８とを有する。Ｍ２個の切替回路８１、Ｍ２個の負荷抵抗７６、及びＭ２個のアンプ７７は、Ｍ２個のブロックＢによってそれぞれ区分けされている。つまり、各ブロックＢには、Ｍ１本の信号配線６２に加えて、１個の切替回路８１と、１個の負荷抵抗７６と、１個のアンプ７７と、が設けられている。
【0047】
Ｍ２個のカウンタ８２は、ブロックＢごとに設けられている。つまり、１個のブロックＢに対して１個のカウンタ８２が設けられている。各ブロックＢにおいて、カウンタ８２は、切替回路８１及び制御回路８０Ａと電気的に接続されている。カウンタ８２は、制御回路８０Ａからの制御信号Ｓ８２を受けて、切替回路８１の接続先の切り替えを制御するための制御信号Ｓ８１を切替回路８１に出力する。このようにブロックＢごとにカウンタ８２が用いられる場合、ブロックＢごとに１本ずつデジタル配線が制御回路８０Ａから各カウンタ８２に接続される。この場合、制御回路８０Ａから多数のデジタル配線を各カウンタ８２に接続する必要がないので、制御回路８０Ａのデジタル出力数が少ない場合に特に有効である。
【0048】
切替回路８１は、例えば、Ｍ１個の入力端と１個の出力端とを含むアナログマルチプレクサである。アナログマルチプレクサは、アナログ信号である信号の情報を失うことなく、高速で切り替えが可能である。但し、信号の電圧範囲が大きい場合など、アナログマルチプレクサによる対応が難しい場合は、アナログマルチプレクサに代えてリレーを採用してもよい。切替回路８１のＭ１個の入力端は、ブロックＢ内のＭ１本の信号配線６２とそれぞれ電気的に接続されている。切替回路８１は、カウンタ８２からの制御信号Ｓ８１に応じて、出力端の接続先をＭ１個の入力端のいずれかに切り替える。換言すると、切替回路８１は、出力端の接続先として、Ｍ１本の信号配線６２のいずれかを選択する。
【0049】
アンプ７７は、例えば、電圧検出型のオペアンプである。アンプ７７は、例えば、ボルテージフォロワ回路である。アンプ７７の＋の入力端には、切替回路８１の出力端が接続されている。アンプ７７の－の入力端は、アンプ７７の出力端に接続されている。アンプ７７は、切替回路８１を介して信号配線６２から入力される信号を電流増幅する。負荷抵抗７６は、切替回路８１とアンプ７７との間に配置されている。負荷抵抗７６の一端は、切替回路８１の出力端とアンプ７７の一方の入力端とを接続する接続線に接続されており、負荷抵抗７６の他端は、グランド（ＧＮＤ）に接続されている。
【0050】
切替回路７８は、例えば、Ｍ２個の入力端と１個の出力端とを含むアナログマルチプレクサである。Ｍ２個の入力端は、Ｍ２個のブロックＢのアンプ７７の出力端とそれぞれ接続されている。切替回路７８は、制御回路８０Ａからの制御信号Ｓ７８に応じて、出力端の接続先をＭ２個の入力端のうちのいずれかに切り替える。換言すると、切替回路７８は、出力端の接続先として、Ｍ２個のブロックＢのいずれかを選択する。ＡＤコンバータ７９は、切替回路７８の出力端と電気的に接続されている。従って、ＡＤコンバータ７９は、切替回路８１及び切替回路７８によって選択されたいずれかの信号配線６２と電気的に接続される。ＡＤコンバータ７９は、いずれかの信号配線６２から出力された信号をデジタル値Ｄに変換して制御回路８０Ａに出力する。
【0051】
駆動回路８５は、Ｎ本の走査配線６１と電気的に接続されている。駆動回路８５は、制御回路８０Ａからの制御信号Ｓ８５を受けて駆動信号Ｓ６１を走査配線６１に出力することにより、Ｎ本の走査配線６１のうちいずれかの走査配線６１にオン電圧を印加しかつ他の全ての走査配線６１にオフ電圧を印加する。制御回路８０Ａは、検出回路７５及び駆動回路８５と電気的に接続されており、検出回路７５及び駆動回路８５を制御する。制御回路８０Ａは、例えば、ＣＰＵといったプロセッサ、及び、メモリといった記憶装置などを備えるコンピュータ（例えば、マイクロコンピュータ）によって構成される。
【0052】
制御回路８０Ａは、検出回路７５に対して、切替回路８１の接続先をいずれかの信号配線６２に切り替える制御信号Ｓ８２を出力する。また、制御回路８０Ａは、切替回路７８に対して、切替回路７８の接続先をいずれかのブロックＢに切り替える制御信号Ｓ７８を出力する。そして、制御回路８０Ａは、駆動回路８５に対して、いずれかの走査配線６１にオン電圧を印加させかつ他の全ての走査配線６１にオフ電圧を印加させる制御信号Ｓ８５を出力する。
【0053】
その結果、１行の走査配線６１のみにオン電圧が印加され、当該１行に並ぶＭ個の薄膜トランジスタ群２４のそれぞれに接続される信号配線６２に信号が出力される。そして、１画素の薄膜トランジスタ２１から出力された信号は、切替回路８１及び切替回路７８などを介してＡＤコンバータ７９に入力され、デジタル値Ｄとして制御回路８０Ａに読み出される。これにより、１画素分の応力情報が得られる。次に、制御回路８０Ａは、１行の走査配線６１のみにオン電圧が印加された状態で、１行分の各信号配線６２から信号が順次読み出されるように、切替回路８１の接続先及び切替回路７８の接続先を切り替える。これにより、１行分の情報が得られる。
【0054】
次に、制御回路８０Ａは、次の行の走査配線６１にオン電圧を印加させかつ他の全ての走査配線６１にオフ電圧を印加させる制御信号Ｓ８５を駆動回路８５に出力する。この状態で、制御回路８０Ａは、上記と同様に、切替回路８１の接続先及び切替回路７８の接続先を切り替えることにより、各信号配線６２から信号を順次読み出す。これにより、当該次の行分の応力情報が得られる。制御回路８０Ａは、上記の動作を繰り返すことにより、オン電圧が印加される走査配線６１を順次切り替えながら、各行の信号を順次読み出す。そして、全ての行の信号が読み出されることにより、１画面分の信号Ｄが得られる。更に、以上の動作が繰り返されることで、複数画面分の信号Ｄ、すなわち、全画素についての時間依存の信号データｆ（ｔ）が得られる。
【0055】
図１０は、制御回路８０Ａの機能的構成の一例を示す図である。図１０に示すように、制御回路８０Ａは、信号処理部１１０と、制御部１２０と、を有する。信号処理部１１０は、センサ１０Ａの各信号配線６２から出力される信号を処理する機能を有する。制御部１２０は、センサ１０Ａ、及び信号処理装置５の他の回路を制御する機能を有する。制御回路８０Ａの各機能は、例えば、記憶装置に記憶されているプログラムをメモリにロードし、メモリにロードされたプログラムをマイクロプロセッサで実行することにより実現される。
【0056】
制御部１２０は、例えば、読出制御部１２１と、リセット制御部１２２と、を有する、読出制御部１２１は、上述したように、制御信号Ｓ７８，Ｓ８２，Ｓ８５等を出力することにより、各信号配線６２からの信号の読み出しを制御する。リセット制御部１２２は、リセット用の薄膜トランジスタ２３のオン・オフの切り替えを制御することにより、画素電極２５の電荷蓄積のリセットを制御する。薄膜トランジスタ２３のオン・オフの切り替えは、リセット配線６４へのゲート電圧の印加によって制御できる。リセット制御部１２２は、薄膜トランジスタ２３をオンに制御する場合、薄膜トランジスタ２３がオンになるゲート電圧がリセット配線６４に印加されるようにリセット電圧Ｖ６４を制御する。薄膜トランジスタ２３がオンになると、画素電極２５の電荷が放電され、画素電極２５の電荷蓄積がリセットされる。
【0057】
一方、リセット制御部１２２は、薄膜トランジスタ２３をオフに制御する場合、薄膜トランジスタ２３がオフになるゲート電圧がリセット配線６４に印加されるようにリセット電圧Ｖ６４を制御する。薄膜トランジスタ２３がオフになると、画素電極２５の電荷の放電または充電が停止される。リセット制御部１２２による電荷蓄積のリセットは、信号処理装置５の立上げ時に自動で行われてもよいし、センサ１０Ａへの外部刺激が付与されていない期間の任意のタイミングにおいて手動で行われてもよい。画素電極２５の電荷蓄積のリセットが手動で行われる場合、例えば、ユーザによってリセットボタンが押されたタイミングで、リセット制御部１２２がリセット電圧Ｖ６４を制御してもよい。
【0058】
信号処理部１１０は、例えば、情報取得部１３０と、信号データ補正部１４０と、を有する。情報取得部１３０は、例えば、信号データ取得部１３１と、時定数設定部１３２と、ベースライン設定部１３３と、を有する。信号データ取得部１３１は、各信号配線６２から出力される信号を時系列順に取得する。例えば、信号データ取得部１３１は、順次出力される信号Ｄを画素ごとに時系列順に並べて記憶し、それぞれの画素における信号Ｄの時系列データを信号データｆ（ｔ）として取得する。信号データ取得部１３１は、画素ごとに信号データｆ（ｔ）を区別して取得してよい。信号データｆ（ｔ）は、センサ１０Ａに付与される外部刺激に応じて変化するため、信号データｆ（ｔ）から外部刺激に関する情報（例えば、外部刺激により付与される応力の大きさ、及び外部刺激が付与された時間等）を得ることができる。これにより、センサ１０Ａに付与される外部刺激を評価できる。なお、信号データ取得部１３１は、全画素から出力される信号Ｄの合計を時系列順に並べた時系列データ、或いは全画素の中から選択される複数の画素から出力される信号Ｄの合計を時系列順に並べた時系列データを、取得した信号データｆ（ｔ）から得てもよい。
【0059】
図１１（ａ）は、信号データｆ（ｔ）の例を示すグラフである。図１１（ｂ）は、信号データｆ（ｔ）の別の例を示すグラフである。図１１（ａ）の時間波形Ｇ１０及び図１１（ｂ）の時間波形Ｇ２０は、開始時間ｔ１から終了時間ｔ２まで外部刺激（圧力又は曲げ等）が付与されたセンサ１０Ａから得られる信号データｆ（ｔ）の時間波形を示している。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）において、縦軸は、信号値（任意単位：ａｒｂ．ｕｎｉｔ）を示しており、横軸は、時間（秒）を示している。
【0060】
図１１（ａ）の時間波形Ｇ１０では、開始時間ｔ１においてセンサ１０Ａへの外部刺激の付与が開始してから、終了時間ｔ２においてセンサ１０Ａへの外部刺激の付与が終了するまでの間に、時間の経過と共に徐々に信号値が減衰している。図１１（ｂ）の時間波形Ｇ２０では、開始時間ｔ１から終了時間ｔ２までの間に時間の経過と共に信号値が更に大きく減衰している。その結果、特に時間波形Ｇ２０は、理想的な矩形波から大きく崩れた状態となっている。このように時間波形が崩れると、センサ１０Ａへの外部刺激を過小評価してしまうか、或いは、センサ１０Ａへの外部刺激の検出ができなくなる可能性がある。つまり、センサ１０Ａへの外部刺激を正しく評価できなくなる可能性がある。
【0061】
ここで、時間波形Ｇ１０及び時間波形Ｇ２０のような信号値の減衰が生じる原因について、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）を参照しながら説明する。図１２（ａ）は、画素電極２５の近傍の回路構成を示す回路図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の回路の等価回路図である。センサ１０Ａに外部刺激が印加されると、外部刺激によって被刺激層３０が分極し、画素電極２５に電荷Ｑが発生する（図１２（ａ）参照）。この電荷Ｑは、対向電極３５と被刺激層３０と画素電極２５とによって構成されるキャパシタに蓄積される。この電荷Ｑがキャパシタから逃げなければ、画素電極２５の電位Ｖは一定（Ｖ＝Ｑ／Ｃ）に保たれる。なお、Ｃは、キャパシタの静電容量である。そして、センサ１０Ａへの外部刺激の付与が終了すると、画素電極２５の電位Ｖは０に戻る。画素電極２５の電位は、薄膜トランジスタ２１のゲート電極Ｇ１に印加され、ゲート電極Ｇ１の電位Ｖに近い電位が薄膜トランジスタ２１のソース電極Ｓ１に出力される（図７参照）。
【0062】
しかしながら、図１２（ａ）に示すように、実際には、静電容量Ｃに並列接続される抵抗成分Ｒｐが存在する場合や、ゲート電極Ｇ１の入力抵抗Ｒｇが無限大とみなせない場合が考えられる。なお、これらの合計の抵抗成分Ｒは、（１／Ｒｐ＋１／Ｒｇ）と表すことができ、１／Ｒｇが１／Ｒｐに比べて充分に小さい場合には、Ｒｇを無視して、ＲｐをＲとみなせる。このような抵抗成分Ｒが存在すると、画素電極２５に蓄積された電荷は、抵抗成分Ｒによって放電されて徐々に減少する。その結果、信号データｆ（ｔ）は、時間の経過と共に信号値が徐々に減衰する時間波形となる。これは、図１２（ｂ）において、センサ１０Ａに対する外部刺激条件ｅ（ｔ）が示す時間波形（後述する図１５（ａ）参照）が、抵抗成分Ｒと静電容量Ｃとで構成されるＣＲ微分回路によって、信号データｆ（ｔ）が示す時間波形（後述する図１５（ｂ）参照）に変換されたと考えることもできる。
【0063】
信号データｆ（ｔ）の減衰の程度は、時定数Ｔによって表すことができる。時定数Ｔは、センサ１０Ａへの外部刺激が印加されてから一定割合（ネイピア数の逆数）まで減衰する時間を示す指標である。信号値の減衰とは、信号値が刺激開始時の値から徐々に変化して最終値に向かって漸近することを意味する。信号データｆ（ｔ）の時定数Ｔは、静電容量Ｃと抵抗成分Ｒとの積であるＣＲによって表される。従って、静電容量Ｃ及び抵抗成分Ｒが小さくなるほど、時定数Ｔが小さくなる。時定数Ｔが小さくなると、信号値の減衰速度が大きくなる。一方、静電容量Ｃ及び抵抗成分Ｒが大きくなるほど、時定数Ｔが大きくなる。時定数Ｔが大きくなると、信号値の減衰速度が小さくなる。
【0064】
図１（ａ）のセンサ１０の場合のセンサ回路及び等価回路を図１２（ａ）及び図１２（ｂ）にそれぞれ示したが、図１（ｂ）のセンサ１０ａの場合のセンサ回路を図１３（ａ）に、その等価回路を図１３（ｂ）に示す。この場合、図１２（ｂ）の静電容量Ｃの代わりにＣ０・ＣＡ／（Ｃ０＋ＣＡ）を用いればよい。ここで、Ｃ０は、画素電極２５の面積に対応する被刺激層３０の静電容量であり、ＣＡは、画素電極２５の面積に対応する接着層３０Ａの静電容量である。図１（ｃ）のセンサ１０ｃの場合のセンサ回路を図１４（ａ）に、その等価回路を図１４（ｂ）に示す。この場合、図１２（ｂ）の静電容量Ｃの代わりに、Ｃ０またはＣ０＋Ｃｘを用いればよい。ここで、Ｃ０は、画素電極２５と対向電極３５の重なり面積に対応する薄膜トランジスタ層２０の静電容量であり、Ｃｘは、検出対象物の最近接による静電容量増加分である。
【0065】
このように、センサ１０Ａの回路に存在する静電容量Ｃ及び抵抗成分Ｒによって信号値の減衰が生じ、その減衰の度合いは、静電容量Ｃ及び抵抗成分Ｒの大きさに依存する。静電容量Ｃ及び抵抗成分Ｒの大きさは、被刺激層３０、画素電極２５、接着層３０Ａ、薄膜トランジスタ層２０、対向電極３５や、他の電極（ゲート電極Ｇ１等）の材料や形状に応じて変化する。従って、静電容量Ｃ及び抵抗成分Ｒが小さく時定数Ｔが小さい場合に、図１１（ｂ）に示すように、信号データｆ（ｔ）の減衰の度合いがより大きくなり、理想的な矩形波から大きく崩れた時間波形となる。
【0066】
そこで、本実施形態に係る信号処理部１１０は、このような信号データｆ（ｔ）の減衰を補償するための信号データ補正部１４０を備えている。図１０に示すように、信号データ補正部１４０は、補正信号データ生成部１４１と、補正データ算出部１４２と、を有する。補正データ算出部１４２は、信号データｆ（ｔ）の減衰を補償するための補正データｇ（ｔ）を算出する。補正信号データ生成部１４１は、補正データｇ（ｔ）を用いて信号データｆ（ｔ）を補正し、補正後の信号データｆ（ｔ）である補正信号データｈ（ｔ）を生成する。
【0067】
以下、図１５（ａ）、図１５（ｂ）、図１５（ｃ）、及び図１５（ｄ）を参照しながら、信号データ補正部１４０による補正処理について具体的に説明する。図１５（ａ）は、センサ１０Ａに外部刺激条件ｅ（ｔ）の例を示すグラフである。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の外部刺激条件ｅ（ｔ）の下で取得される１画素分の信号データｆ（ｔ）の例を示すグラフである。図１５（ｃ）は、信号データｆ（ｔ）から算出した、信号データｆ（ｔ）を補正するための補正データｇ（ｔ）の例を示すグラフである。図１５（ｄ）は、補正データｇ（ｔ）を用いて信号データｆ（ｔ）が補正された補正信号データｈ（ｔ）の例を示すグラフである。
【0068】
図１５（ａ）において、縦軸は、刺激値（任意単位：ａｒｂ．ｕｎｉｔ）を示しており、横軸は、時間（秒）を示している。刺激値は、例えば、センサ１０Ａへの外部刺激（例えば、押圧又は曲げ等）によりセンサ１０Ａに付与される応力値としてよい。あるいは、刺激値は、センサ１０Ａへの検知対象物の近接度合（例えば指紋の山と谷で異なる）としてよい。図１５（ｂ）、図１５（ｃ）、及び図１５（ｄ）において、縦軸は、信号値（任意単位：ａｒｂ．ｕｎｉｔ）を示しており、横軸は、時間（秒）を示している。
【0069】
図１５（ａ）の外部刺激条件ｅ（ｔ）は、時間０から時間ｔ００までの期間にセンサ１０Ａに一定強度の外部刺激を付与した場合の外部刺激波形を示している。外部刺激条件ｅ（ｔ）が示す外部刺激波形は、時間０にて立上がり、時間ｔ００にて立下がる矩形波となっている。外部刺激条件ｅ（ｔ）の刺激値は、時間０から時間ｔ００までの期間において例えば１（正の値）を示している。一方、図１５（ｂ）の信号データｆ（ｔ）は、時間０から時間ｔ００までの期間において徐々に信号値が減衰した時間波形を示しており、外部刺激条件ｅ（ｔ）が示す外部刺激波形のような矩形波から大きく崩れている。従って、図１５（ｂ）の信号データｆ（ｔ）は、図１５（ａ）の外部刺激条件ｅ（ｔ）を正確に反映したデータとなっていない。
【0070】
信号データｆ（ｔ）の補正を行うための準備として、時定数設定部１３２は、信号データｆ（ｔ）の時定数Ｔを設定する。時定数設定部１３２は、例えば、過去の実験により取得された信号データｆ（ｔ）から求められる時定数Ｔを、信号データ取得部１３１が取得した信号データｆ（ｔ）の時定数Ｔとして設定する。この場合、センサ１０Ａに対して外部刺激条件ｅ（ｔ）の下で外部刺激が付与されたときに取得される信号データｆ（ｔ）から時定数Ｔが予め測定され、測定された時定数Ｔが記憶装置に記憶される。但し、過去の実験において信号データｆ（ｔ）から測定される時定数Ｔには、実験誤差等によるばらつきが生じることが想定される。その場合には、例えば、過去の複数の信号データｆ（ｔ）の時定数Ｔの平均値が信号データｆ（ｔ）の時定数Ｔとして設定されてもよいし、過去の複数の信号データｆ（ｔ）の時定数Ｔの最大値と最小値の相加平均値又は相乗平均値が信号データｆ（ｔ）の時定数Ｔとして設定されてもよい。
【0071】
時定数設定部１３２は、例えば、所定の外部刺激（例えば一定の外部刺激）を印加した時の信号データｆ（ｔ）から各画素の時定数Ｔを求め、その値を時定数Ｔとして設定する。この場合、現在の状態での時定数Ｔが測定されるので、最も精度がよい。
【0072】
あるいは、時定数設定部１３２は、センサ１０Ａが有する画素電極２５・対向電極３５間の静電容量Ｃ及び抵抗成分Ｒの積ＣＲを、信号データｆ（ｔ）の時定数Ｔとして設定してもよい。この場合、センサ１０Ａが有する静電容量Ｃ及び抵抗成分Ｒが予め測定され、測定された静電容量Ｃ及び抵抗成分Ｒの積ＣＲが時定数Ｔとして設定されてもよい。或いは、センサ１０Ａと同一の材料で構成された測定用試料が作製され、その測定用試料を用いて静電容量Ｃ及び抵抗成分Ｒが予め測定されてもよい。測定用試料は、例えば、センサ１０Ａの１画素の面積よりも大きな面積を有し、センサ１０Ａと同様、絶縁層が画素電極及び対向電極によって挟まれた構成を有する。この場合、測定用試料には、センサ１０Ａと同様、静電容量Ｃ及び抵抗成分Ｒが生じる。静電容量Ｃは、ＬＣＲメータ等により測定可能であり、抵抗成分Ｒは、半導体パラメータアナライザ等により測定可能である。
【0073】
測定された静電容量Ｃ及び抵抗成分Ｒが、センサ１０Ａと測定用試料との面積比で換算されることにより、静電容量Ｃ及び抵抗成分Ｒの積ＣＲが得られる。但し、静電容量Ｃは面積に比例し、抵抗成分Ｒは面積に反比例するので、面積比は消去される。時定数設定部１３２は、このように測定された静電容量Ｃ及び抵抗成分Ｒから計算される積ＣＲを、時定数Ｔとして設定してもよい。なお、抵抗成分Ｒとしては、測定用試料に一定電圧を印加し続けて充電電流が流れなくなった定常状態での抵抗値を用いればよいが、それでも抵抗成分Ｒには時間的変動が残ることがある。このように抵抗成分Ｒが時間的変動成分を有する場合には、抵抗成分Ｒの変動範囲内の任意の抵抗値を用いてよい。
【0074】
また、静電容量Ｃに時間的変動が残ることもある。例えば静電容量式近接センサにおいて、定常状態における画素電極２５と対向電極３５Ａとの間の静電容量がＣ０であり、外部物体が近接したときに画素電極２５と外部物体との間に生じる静電容量がＣｘである場合、外部物体がＧＮＤに接続されているとみなせる場合、画素電極２５と対向電極３５Ａとの間の静電容量は、Ｃ０から（Ｃ０＋Ｃｘ）に変化する。そして、画素電極２５と対向電極３５Ａとの間の抵抗成分がＲｐであり、他の抵抗が無視できる場合には、時定数はＣ０Ｒｐから（Ｃ０＋Ｃｘ）Ｒｐまで変動する。この場合、時定数設定部１３２は、Ｃ０Ｒｐから（Ｃ０＋Ｃｘ）Ｒｐまでの任意の値を選んで時定数Ｔを設定してもよい。
【0075】
なお、抵抗成分Ｒ及び静電容量Ｃは、通常は画素電極２５と対向電極３５の間の抵抗成分Ｒおよび静電容量Ｃである。しかし、必ず画素電極２５と対向電極３５とによって構成される回路構成に生じるとは限定されない。抵抗成分Ｒ及び静電容量Ｃは、画素電極２５とセンサ１０Ａ内の他の電極との間に存在し得る他の抵抗成分及び静電容量が加味された合計の抵抗成分及び静電容量であってよい。被検知物がセンサ１０Ａに近接する場合には、抵抗成分Ｒ及び静電容量Ｃは、センサ１０Ａ外の被検知物を含む測定系全体での、画素電極２５と他物体との間に生じ得る抵抗成分及び静電容量であってよい。時定数設定部１３２は、設定した時定数Ｔを補正データ算出部１４２に提供する。
【0076】
ベースライン設定部１３３は、信号データｆ（ｔ）のベースラインＢＬを設定する。ベースラインＢＬとは、信号データｆ（ｔ）の時間変化を示す基準となる信号値である。ベースライン設定部１３３は、例えば、ベースラインＢＬを実験的に求める。この場合、ベースライン設定部１３３は、過去の実験において、画素電極２５の電位Ｖｐｉｘを対向電極３５の電位Ｖｃｏｕｎｔｅｒに等しくした状態、かつ、センサ１０Ａに外部刺激が付与されない場合に取得される信号データｆ（ｔ）の信号値を、ベースラインＢＬとして設定する。但し、画素電極２５の電位Ｖｐｉｘを対向電極３５の電位Ｖｃｏｕｎｔｅｒに等しくした状態、かつ、センサ１０Ａに外部刺激を付与しない状態において得られる信号データｆ（ｔ）の信号値に変動がある場合は、ベースライン設定部１３３は、その信号値の平均値をベースラインＢＬとして設定してもよい。図１５（ｂ）の信号データｆ（ｔ）の例では、ベースラインＢＬは０であるため、ベースライン設定部１３３は、ベースラインＢＬを０に設定する。信号データｆ（ｔ）の時間変化は、ベースラインＢＬと信号値との差によって表されることになる。ベースライン設定部１３３は、設定したベースラインＢＬを補正信号データ生成部１４１及び補正データ算出部１４２に提供する。
【0077】
信号データ補正部１４０は、時定数Ｔ及びベースラインＢＬを用いて、信号データｆ（ｔ）の補正処理を行う。補正データ算出部１４２は、信号データｆ（ｔ）および時定数Ｔを用いて補正データｇ（ｔ）を算出する。具体的には、｛ｆ（ｔ）－ＢＬ｝を時間積分した値を時定数Ｔで割ったものを、補正データｇ（ｔ）とする。補正信号データ生成部１４１は、補正データ算出部１４２によって算出された補正データｇ（ｔ）を用いて、信号データｆ（ｔ）を補正する。具体的には、補正信号データ生成部１４１は、補正データｇ（ｔ）を信号データｆ（ｔ）に加算することにより、補正信号データｈ（ｔ）を生成する。
【0078】
この補正の合理性について説明する。まずは単純に考えるため、外部刺激条件ｅ（ｔ）を、時間０～ｔ００までは１、他は０の矩形波であると仮定する（式（１））。式（１）において、ｕ（ｔ）は、時間ｔの単位ステップ関数である。外部刺激条件ｅ（ｔ）をラプラス変換した関数Ｅ（ｓ）は、次の式（２）のように表される。この関数Ｅ（ｓ）を図１２（ｂ）の回路に入力すると、出力は、関数Ｆ（ｓ）になる（式（３））。式（３）において、ＣＲは、図１２（ｂ）の回路の時定数Ｔである。関数Ｆ（ｓ）をラプラス逆変換することにより、信号データｆ（ｔ）は式（４）となる。
【数1】
【数2】
【数3】
【数4】
【0079】
式（４）を時間積分すると、ｔ＜ｔ００では式（５）、ｔ≧ｔ００では式（６）となる。式（５）と式（６）を時定数Ｔ＝ＣＲで割ると、ｔ＜ｔ００では式（７）、ｔ≧ｔ００では式（８）となる。こうして得た補正データｇ（ｔ）を、信号データｆ（ｔ）に加算すると、ｅｘｐ（１／ＣＲ）やｅｘｐ｛（ｔ－ｔ００）／ＣＲ｝の項が消えて、得られた補正信号データｈ（ｔ）は、式（９）のように、式（１）のｅ（ｔ）に一致する。
【数5】
【数6】
【数7】
【数8】
【数9】
【0080】
ここまでは、ｅ（ｔ）が単純な矩形波として考えてきた。しかし、ラプラス変換や逆ラプラス変換は線形性を有しており、例えば式（１）でｅ（ｔ）の代わりにａ・ｅ１（ｔ）＋ｂ・ｅ２（ｔ）を用いた場合に、ラプラス変換はＥ（ｓ）の代わりにａ・Ｅ１（ｓ）＋ｂ・Ｅ２（ｓ）となる（式（２））。式（３）はＦ（ｓ）の代わりにａ・Ｆ１（ｓ）＋ｂ・Ｆ２（ｓ）となり、逆ラプラス変換はａ・ｆ１（ｔ）＋ｂ・ｆ２（ｔ）となる（式（４））。また、式（４）がａ・ｆ１（ｔ）＋ｂ・ｆ２（ｔ）の場合、積分は∫ｆ（ｔ）ｄｔ＝ａ・∫ｆ１（ｔ）ｄｔ＋ｂ・∫ｆ２（ｔ）ｄｔであり、時定数Ｔで割るとｇ（ｔ）＝（１／Ｔ）ａ・∫ｆ１（ｔ）ｄｔ＋（１／Ｔ）ｂ・∫ｆ２（ｔ）ｄｔ＝ａ・ｇ１（ｔ）＋ｂ・ｇ２（ｔ）となって、式（９）はａ・ｈ１（ｔ）＋ｂ・ｈ２（ｔ）となり、＝ａ・ｅ１（ｔ）＋ｂ・ｅ２（ｔ）が成り立つ。即ち、ｅ（ｔ）の振幅が異なったり、時間軸が異なったり、複数の矩形波の和であったり、あるいは複雑な形状であっても、ｈ（ｔ）＝ｅ（ｔ）は成り立つ。ｅ（ｔ）がどんなに複雑な形状であっても、振幅や時間の異なる複数の矩形波の和で表すことができるからである。
【0081】
信号データｆ（ｔ）が時間毎のデジタル値である場合、時間ｔについての信号データｆ（ｔ）の積分は時間ｔの信号値からベースラインＢＬを引いて、時間間隔Δｔを掛けた値を、ｔ－Δｔの時の積分値に加算していくだけで容易にできる。その際、時間間隔Δｔの代わりにΔｔ／Ｔを用いれば、時定数Ｔで割った値、すなわち補正データｇ（ｔ）が直ちに求まる。信号データｆ（ｔ）に補正データｇ（ｔ）を加算すれば、補正信号データｈ（ｔ）も直ちに求まる。
【0082】
なお、時定数Ｔで除することは、時間積分値に時定数Ｔの逆数１／Ｔを乗ずることと等価である。ここで、逆数１／Ｔは、１／ＣＲと表すことができ、１／ＲはコンダクタンスＧと表すことができるので、逆数１／ＴはＧ／Ｃと表すことができる。従って、時間積分値を時定数Ｔで除することには、時間積分に時定数Ｔの逆数１／Ｔで乗ずること、すなわち、時間積分にＧ／Ｃを乗ずること、が含まれる。一般的に掛け算の方が割り算よりも容易なので、時定数は、Ｔの値でなく、逆数（１／Ｔ）の値として保持することがより好ましい。
【0083】
補正信号データ生成部１４１は、生成した補正信号データｈ（ｔ）を、表示装置（ディスプレイ）及び外部出力端子等に出力する。表示装置及び外部出力端子は、制御回路８０Ａの外部に設けられてもよいし、制御回路８０Ａに含まれていてもよい。表示装置は、例えば、補正信号データｈ（ｔ）が示す時間波形を表示してもよい。表示装置は、補正前の信号データｆ（ｔ）が示す時間波形を併せて表示してもよい。また、表示装置は、１画面分の補正信号データｈ（ｔ）から得られる外部刺激の面内分布（応力分布）を表示してもよい。制御回路８０Ａは、補正信号データｈ（ｔ）から得られる面内分布及び時間波形から、更に別の動作を行うように構成されてもよい。例えば、制御回路８０Ａは、規定の刺激値を超えた場合に、警報を出して記録を残してもよいし、得られた指紋データを登録済の指紋データと照合して判定結果を表示させてもよい。
【0084】
なお、上述したように、時定数Ｔに実験誤差等によるバラツキが生じている場合には、例えば、複数のキャリブレーションにおける時定数Ｔ（または時定数Ｔの逆数）の平均値、或いは複数のキャリブレーションにおける時定数Ｔ（または時定数Ｔの逆数）の最大値と最小値との間の任意の値を用いることができる。このように時定数Ｔ（または時定数Ｔの逆数）を調整する場合、信号データｆ（ｔ）の本来の時定数Ｔからずれている可能性がある。つまり、信号データｆ（ｔ）の本来の時定数Ｔを最適値としたときに、予め過去のキャリブレーションで取得した時定数Ｔが最適値からずれている可能性がある。このような時定数Ｔのずれは、補正データｇ（ｔ）及び補正信号データｈ（ｔ）に影響を及ぼす。
【0085】
図１６（ａ）は、補正データｇ（ｔ）と時定数Ｔの大きさとの関係を示すグラフである。図１６（ｂ）は、補正信号データｈ（ｔ）と時定数Ｔの大きさとの関係を示すグラフである。図１６（ａ）において、時間波形Ｇ１１は、時定数Ｔとして最適値を用いたときの補正データｇ（ｔ）を示している。時間波形Ｇ１２は、時定数Ｔとして最適値の２倍の値を用いたときの補正データｇ（ｔ）を示している。時間波形Ｇ１３は、時定数Ｔとして最適値の半分の値を用いたときの補正データｇ（ｔ）を示している。図１６（ｂ）において、時間波形Ｇ２１は、図１６（ａ）の時間波形Ｇ１１を用いて補正された補正信号データｈ（ｔ）を示している。時間波形Ｇ２２は、図１６（ａ）の時間波形Ｇ１２を用いて補正された補正信号データｈ（ｔ）を示している。時間波形Ｇ２３は、図１６（ａ）の時間波形Ｇ１３を用いて補正された補正信号データｈ（ｔ）を示している。
【0086】
図１６（ａ）に示すように、時定数Ｔとして最適値の２倍の値が用いられた場合に得られる時間波形Ｇ１２の信号値は、時間波形Ｇ１１の信号値よりも小さくなる。その結果、図１６（ｂ）に示すように、時定数Ｔとして最適値を用いた場合に得られる時間波形Ｇ２１と比べて、時間波形Ｇ２２が過少に補正されていることが分かる。時間波形Ｇ２２は、時定数Ｔとして最適値が用いられたときの時間波形Ｇ２１と、補正前の図１５（ｂ）の信号データｆ（ｔ）との間の波形となっており、補正前の図１５（ｂ）の信号データｆ（ｔ）よりも改善されていることが分かる。
【0087】
一方、図１６（ａ）に示すように、時定数Ｔとして最適値の半分の値が用いられた場合に得られる時間波形Ｇ１３の信号値は、時間波形Ｇ１１の信号値よりも大きくなる。その結果、図１６（ｂ）に示すように、時定数Ｔとして最適値を用いた場合に得られる時間波形Ｇ２１と比べて、時間波形Ｇ２３が過剰に補正されていることが分かる。時間波形Ｇ２３では、時間の経過と共に信号値が増加している。
【0088】
その結果、図１６（ｂ）に示すように、過小補正された時間波形Ｇ２２の方が、過大補正された時間波形Ｇ２３よりも、適正補正された時間波形Ｇ２１に近い時間波形となっている。これは、過大補正よりは過小補正の方が、より適切に信号データｆ（ｔ）を補正できることを意味している。つまり、時定数Ｔとして最適値よりも小さな値を用いるよりは、時定数Ｔとして最適値よりも大きな値を用いる方が、信号データｆ（ｔ）をより適切に補正できる。従って、時定数Ｔにバラツキがある場合には、時定数Ｔの最小値付近を時定数Ｔとして設定するよりは、時定数Ｔの平均値と最大値との間の値を時定数Ｔとして設定するとよい。
【0089】
外部刺激条件ｅ（ｔ）は、図１５（ａ）に示す例に限られない。図１７（ａ）は、外部刺激条件ｅ（ｔ）の他の例を示すグラフである。図１７（ｂ）は、図１７（ａ）の外部刺激条件ｅ（ｔ）の下で取得される１画素分の信号データｆ（ｔ）を示すグラフである。図１７（ｃ）は、図１７（ｂ）の信号データｆ（ｔ）から算出した、信号データｆ（ｔ）を補正するための補正データｇ（ｔ）を示すグラフである。図１７（ｄ）は、図１７（ｃ）の補正データｇ（ｔ）を用いて信号データｆ（ｔ）が補正された補正信号データｈ（ｔ）を示すグラフである。
【0090】
図１７（ａ）の外部刺激条件ｅ（ｔ）が示す外部刺激波形は、時間０にて立下がり、時間ｔ００にて立下がる矩形波となっている。外部刺激条件ｅ（ｔ）の刺激値は、時間０から時間ｔ００までの期間において例えば－１（負の値）を示している。つまり、図１７（ａ）の外部刺激条件ｅ（ｔ）は、図１５（ａ）の外部刺激条件ｅ（ｔ）とは正負が逆転した時間波形を示している。これに応じて、図１７（ｂ）の信号データｆ（ｔ）も、図１５（ｂ）の信号データｆ（ｔ）とは正負が逆転した時間波形を示している。
【0091】
このように外部刺激条件ｅ（ｔ）の刺激値の正負が逆転した場合、信号データｆ（ｔ）、補正データｇ（ｔ）、及び補正信号データｈ（ｔ）の正負が逆転するだけなので、上述した補正処理と同様の補正処理を図１７（ｂ）の信号データｆ（ｔ）に施すことができる。つまり、図１７（ｃ）の補正データｇ（ｔ）を用いて、図１７（ｂ）の信号データｆ（ｔ）を補正することにより、図１７（ｄ）の補正信号データｈ（ｔ）を得ることができる。
【0092】
図１８（ａ）は、外部刺激条件ｅ（ｔ）の他の例を示すグラフである。図１８（ｂ）は、図１８（ａ）の外部刺激条件ｅ（ｔ）の下で取得される１画素分の信号データｆ（ｔ）を示すグラフである。図１８（ｃ）は、図１８（ｂ）の信号データｆ（ｔ）から算出した、信号データｆ（ｔ）を補正するための補正データｇ（ｔ）を示すグラフである。図１８（ｄ）は、図１８（ｃ）の補正データｇ（ｔ）を用いて信号データｆ（ｔ）が補正された補正信号データｈ（ｔ）を示すグラフである。
【0093】
図１８（ａ）の外部刺激条件ｅ（ｔ）の刺激値は、図１５（ａ）の外部刺激条件ｅ（ｔ）の刺激値よりも大きい２（正の値）を示している。このように外部刺激条件ｅ（ｔ）がｋ倍（ｋは実数）に設定された場合であっても、これ応じて、図１８（ｂ）の信号データｆ（ｔ）、図１８（ｃ）の補正データｇ（ｔ）、及び図１８（ｄ）の補正信号データｈ（ｔ）の各信号値もｋ倍となるだけなので、上述した補正処理と同様の補正処理を図１８（ｂ）の信号データｆ（ｔ）に施すことができる。つまり、図１８（ｃ）の補正データｇ（ｔ）を用いて、図１８（ｂ）の信号データｆ（ｔ）を補正することにより、図１８（ｄ）の補正信号データｈ（ｔ）を得ることができる。
【0094】
図１９（ａ）は、外部刺激条件ｅ（ｔ）の他の例を示すグラフである。図１９（ｂ）は、図１９（ａ）の外部刺激条件ｅ（ｔ）の下で取得される１画素分の信号データｆ（ｔ）を示すグラフである。図１９（ｃ）は、図１９（ｂ）の信号データｆ（ｔ）から算出した、信号データｆ（ｔ）を補正するための補正データｇ（ｔ）を示すグラフである。図１９（ｄ）は、図１９（ｃ）の補正データｇ（ｔ）を用いて信号データｆ（ｔ）が補正された補正信号データｈ´（ｔ）を示すグラフである。図１９（ｅ）は、図１９（ｄ）の補正信号データｈ´（ｔ）からベースラインＢＬを差し引くことにより得られる補正信号データｈ（ｔ）を示すグラフである。
【0095】
図１９（ａ）の外部刺激条件ｅ（ｔ）は、図１８（ａ）の外部刺激条件ｅ（ｔ）と同一の時間波形となっている。一方、図１９（ｂ）の信号データｆ（ｔ）は、図１８（ｂ）の信号データｆ（ｔ）と同様に減衰した時間波形となっているが、図１８（ｂ）の信号データｆ（ｔ）のベースラインＢＬが０であるのに対して、図１９（ｂ）の信号データｆ（ｔ）のベースラインＢＬが２（正の値）となっている。このように信号データｆ（ｔ）のベースラインＢＬが０でない場合、ベースラインＢＬを加味して信号データｆ（ｔ）の補正処理が施される。
【0096】
具体的には、補正データ算出部１４２は、図１９（ｃ）の補正データｇ（ｔ）を算出する際、信号データｆ（ｔ）からベースラインＢＬを差し引いた信号データ（ｆ（ｔ）―Ｂ）を算出する。そして、補正データ算出部１４２は、信号データ（ｆ（ｔ）―Ｂ）を時間積分することにより、信号データ（ｆ（ｔ）―Ｂ）の時間積分値を算出する。補正データ算出部１４２は、信号データ（ｆ（ｔ）―Ｂ）の時間積分値を時定数Ｔで除することにより、図１９（ｃ）の補正データｇ（ｔ）を算出する。補正信号データ生成部１４１は、算出された補正データｇ（ｔ）を信号データｆ（ｔ）に加算することにより、図１９（ｄ）の補正信号データｈ´（ｔ）を生成する。更に、補正信号データ生成部１４１は、補正信号データｈ´（ｔ）からベースラインＢＬを差し引くこと（ｈ´（ｔ）―Ｂ）により、図１９（ｅ）の補正信号データｈ（ｔ）を生成する。図１９（ｅ）の補正信号データｈ（ｔ）は、図１９（ａ）の外部刺激条件ｅ（ｔ）と一致する。
【0097】
このように、信号データｆ（ｔ）のベースラインＢＬが０でない場合であっても、信号データ（ｆ（ｔ）―Ｂ）の時間積分値を時定数Ｔで除することで得られた補正データｇ（ｔ）を信号データｆ（ｔ）に加算すれば、減衰が補償された補正信号データｈ´（ｔ）を得ることができ、更に、補正信号データｈ´（ｔ）からベースラインＢＬを差し引くことで、補正信号データｈ（ｔ）を得ることができる。
【0098】
図２０（ａ）は、外部刺激条件ｅ（ｔ）の他の例を示すグラフである。図２０（ｂ）は、図２０（ａ）の外部刺激条件ｅ（ｔ）の下で取得される１画素分の信号データｆ（ｔ）を示すグラフである。図２０（ｃ）は、図２０（ｂ）の信号データｆ（ｔ）から算出した、信号データｆ（ｔ）を補正するための補正データｇ（ｔ）を示すグラフである。図２０（ｄ）は、図２０（ｃ）の補正データｇ（ｔ）を用いて信号データｆ（ｔ）が補正された補正信号データｈ´（ｔ）を示すグラフである。図２０（ｅ）は、図２０（ｄ）の補正信号データｈ´（ｔ）からベースラインＢＬを差し引くことにより得られる補正信号データｈ（ｔ）を示すグラフである。
【0099】
図２０（ａ）に示すように、外部刺激条件ｅ（ｔ）は、矩形波に限らず、任意形状の時間波形を示してもよい。このような場合であっても、上述した補正処理と同様の補正処理を施すことができる。補正データｇ（ｔ）の算出の際に用いられるラプラス変換は、線形性を有するからである。従って、図２０（ｂ）に示すように、信号データｆ（ｔ）が複雑な時間波形を示す場合であっても、上述した補正処理と同様に、信号データ（ｆ（ｔ）―Ｂ）の時間積分値を時定数Ｔで除することで、図２０（ｃ）の補正データｇ（ｔ）を算出できる。そして、図２０（ｃ）の補正データｇ（ｔ）を図２０（ｂ）の信号データｆ（ｔ）に加算することで、図２０（ｄ）の補正信号データｈ´（ｔ）を得ることができる。更に、補正信号データｈ´（ｔ）からベースラインＢＬを差し引くことで、図２０（ｅ）の補正信号データｈ（ｔ）を得ることができる。
【0100】
［信号処理方法］
続いて、図２１を参照しながら、本実施形態における信号処理方法について説明する。図２１は、信号処理装置５Ａによって実施される信号処理方法の例を示すフローチャートである。図２１に示す例では、図７の薄膜トランジスタアレイの回路構成を有するセンサ１０Ａから得られる信号データｆ（ｔ）を補正処理する場合について説明する。
続いて、図２１を参照しながら、本実施形態における信号処理方法について説明する。図２１は、信号処理装置５Ａによって実施される信号処理方法の例を示すフローチャートである。図２１に示す例では、図７の薄膜トランジスタアレイの回路構成を有するセンサ１０Ａから得られる信号データｆ（ｔ）を補正処理する場合について説明する。
【0101】
図２１に示すように、まず、時定数設定部１３２が時定数Ｔを設定し、ベースライン設定部１３３がベースラインＢＬを設定する（ステップＳ１０１）。次に、リセット制御部１２２は、センサ１０Ａに外部刺激が付与されていない状態で、画素電極２５の電荷蓄積のリセットを実行する（ステップＳ１０２）。具体的には、リセット制御部１２２は、リセット用の薄膜トランジスタ２３をオンにすることにより、画素電極２５の電荷蓄積をリセットする。そして、リセット制御部１２２は、一定時間が経過した後に、薄膜トランジスタ２３をオフに切り替えることにより、画素電極２５の電荷蓄積のリセットを解除する。
【0102】
次に、信号データ取得部１３１は、１画面分の信号データｆ（ｔ）を取得する（ステップＳ１０３）。次に、補正データ算出部１４２は、信号データｆ（ｔ）を補正するための補正データｇ（ｔ）を算出する（ステップＳ１０４）。信号データｆ（ｔ）のベースラインＢＬが０である場合には、補正データ算出部１４２は、信号データｆ（ｔ）の時間積分値を時定数Ｔで除することにより、補正データｇ（ｔ）を算出する。信号データｆ（ｔ）のベースラインＢＬが０でない場合には、補正データ算出部１４２は、｛ｆ（ｔ）―ＢＬ｝の時間積分値を時定数Ｔで除することにより、補正データｇ（ｔ）を算出する。
【0103】
次に、補正信号データ生成部１４１は、補正信号データｈ（ｔ）を生成する（ステップＳ１０５）。このとき、補正信号データ生成部１４１は、補正データｇ（ｔ）を信号データｆ（ｔ）に加算することにより、補正信号データｈ（ｔ）を生成する。信号データｆ（ｔ）のベースラインＢＬが０でない場合には、補正信号データ生成部１４１は、補正データｇ（ｔ）を信号データｆ（ｔ）に加算することにより、補正信号データｈ´（ｔ）を生成する。その後、補正信号データ生成部１４１は、補正信号データｈ´（ｔ）からベースラインＢＬを差し引くことにより、補正信号データｈ（ｔ）を生成する。
【0104】
次に、リセット制御部１２２は、画素電極２５の電荷蓄積のリセットを実行するか否かを判断する（ステップＳ１０６）。リセット制御部１２２は、例えば、例えば、ユーザによってリセットボタンが押下されたか否かにより、画素電極２５の電荷蓄積のリセットを実行するか否かを判断する。リセット制御部１２２は、画素電極２５の電荷蓄積のリセットを実行すると判断した場合（ステップＳ１０６においてＹｅｓ）、画素電極２５の電荷のリセットを実行する（ステップＳ１０７）。その後、ステップＳ１０３に戻り、再度ステップＳ１０３～ステップＳ１０６が繰り返される。一方、リセット制御部１２２は、画素電極２５の電荷蓄積のリセットを実行しないと判断した場合（ステップＳ１０６においてＮｏ）、ステップＳ１０７が実行されずにステップＳ１０３に戻り、再度ステップＳ１０３～ステップＳ１０６が繰り返される。
【0105】
［作用効果］
以上に説明した、本実施形態に係る信号処理装置５Ａ、センサ装置１Ａ、及び信号処理方法によって得られる作用効果を説明する。以下の作用効果は、信号処理装置５及びセンサ装置１を用いた場合にも同様に得られる。
以上に説明した、本実施形態に係る信号処理装置５Ａ、センサ装置１Ａ、及び信号処理方法によって得られる作用効果を説明する。以下の作用効果は、信号処理装置５及びセンサ装置１を用いた場合にも同様に得られる。
【0106】
本実施形態では、外部刺激がセンサ１０Ａに付与されると、センサ１０Ａの画素電極２５の電位に変化が生じ、その電位の変化に基づく信号がセンサ１０Ａから出力される。この信号は、外部刺激が付与されてから時間の経過と共に徐々に減衰する傾向がある。このような信号の減衰は、外部刺激の評価に影響を及ぼし得る。これに対し、本発明者は、このような減衰の影響を低減すべく、鋭意検討を重ねた結果、信号データｆ（ｔ）の減衰を補償する補正を行うことが可能であることを見出した。具体的には、本発明者は、信号データｆ（ｔ）の時間積分値を時定数Ｔで除することによって得られる補正データｇ（ｔ）が、信号データｆ（ｔ）の減衰量に相当することを見出した。そして、本発明者は、このように算出された補正データｇ（ｔ）を信号データｆ（ｔ）に加算する補正を行うことにより、信号データｆ（ｔ）の減衰が補償された補正信号データｈ（ｔ）を得るに至った。このように減衰が補償された補正信号データｈ（ｔ）を用いて外部刺激を評価すれば、信号データｆ（ｔ）の減衰に起因する外部刺激の過小評価或いは外部刺激の見逃しといった事態を抑制することができる。これにより、外部刺激の評価を正しく行うことが可能になる。
【0107】
本実施形態のように、時定数設定部１３２は、予め取得された信号データｆ（ｔ）から得られる時定数Ｔを、信号データｆ（ｔ）の時定数として設定してもよい。例えば圧力・曲げ・温度センサの場合、一定の刺激値をかけ続けた時の信号データｆ（ｔ）の減衰から得られた時定数Ｔを用いることができる。近接または指紋センサの場合、Ｖｃｏｍ≠Ｖｃｏｕｎｔｅｒの状態でリセットをかけて画素電極２５に充電した後の信号データｆ（ｔ）の減衰から得られた時定数Ｔを用いることができる。なお、時定数Ｔは、画素毎に値を有してよい。
【0108】
本実施形態のように、時定数設定部１３２は、センサ１０Ａの画素電極２５が有する抵抗成分Ｒ（電荷の漏れに関わる）と、画素電極２５と対向電極３５（共通電極）との間に生じる静電容量Ｃ（電荷の保持に関わる）との積ＣＲを、信号データｆ（ｔ）の時定数Ｔとして設定してもよい。この場合、センサ１０Ａが有する抵抗成分Ｒ及び静電容量Ｃを利用して、信号データｆ（ｔ）の時定数Ｔを容易に求めることができる。例えば、抵抗成分Ｒと静電容量Ｃとを実測し、それらの積ＣＲを信号データｆ（ｔ）の時定数Ｔとして設定できる。時定数Ｔは、画素毎に値を有してもよいが、特性が揃っている場合には単一の時定数Ｔを全画素に適用してもよい。例えば画素電極／絶縁層／共通電極以外の抵抗と静電容量が無視できて、画素電極／絶縁層／共通電極が時定数Ｔを支配している場合、画素電極／絶縁層／共通電極の構造を有する測定用試料を、製品と同じ材料・膜厚、製品のｋ倍の重なり面積で作製し、画素電極・共通電極の間の抵抗成分Ｒ／ｋと静電容量ｋＣを測定して、Ｔ＝Ｒ／ｋ×ｋＣ＝ＲＣとして時定数Ｔを求めてもよい。この場合、単一の時定数Ｔを全画素に適用する。
【0109】
本実施形態のように、ベースライン設定部１３３は、信号データｆ（ｔ）に含まれる複数の信号値のうち、外部刺激に伴って生じる信号データｆ（ｔ）の時間変化を示すための基準となる信号値をベースラインＢＬとして設定してよい。補正データ算出部１４２は、ベースラインＢＬが差し引かれた信号データｆ（ｔ）を時間積分することにより、信号データｆ（ｔ）の時間積分値を算出してよい。この場合、信号データｆ（ｔ）のベースラインＢＬが０からずれていたとしても、ベースラインＢＬのずれの影響を加味して補正データｇ（ｔ）を算出し、ベースラインＢＬのずれを補償しながら補正信号データｈ（ｔ）を生成できる。その結果、補正信号データｈ（ｔ）に基づく外部刺激の評価をより正しく行うことが可能となる。ベースラインＢＬは、画素毎に値を有してよい。
【0110】
図２～図４に示す例では、容量式センサと薄膜トランジスタアレイとの組み合わせによって構成される複数の画素を有するセンサ１０を例示したが、画素は、複数行複数列に配列される場合に限らず、１行複数列に配列されてもよいし、１個（１行１列）配置されてもよい。或いは、薄膜トランジスタに代えてディスクリートのトランジスタが用いられてもよい。画素が１行複数列に配列される場合、或いは画素が１個（１行１列）配置される場合、駆動回路８５（図９参照）及び薄膜トランジスタ２２（図４参照）といった走査関連部分の構成が不要となり、同一の画素から信号が信号配線６２に出力され続ける。このような場合、信号データｆ（ｔ）を補正データｇ（ｔ）で補正して補正信号データｈ（ｔ）を得る一連の補正処理は、上述したようにプログラム等のソフトウェアにより実現される場合に限らず、電気回路等のハードウェアにより実現されてもよい。つまり、信号データｆ（ｔ）の補正処理を行う信号データ補正部１４０の各機能は、その機能に特化した電気回路により構成されてもよい。
【0111】
図２２は、信号データ補正部１４０の各機能を実現するハードウェア構成（回路構成）の一例を示す図である。図２２に示す例では、信号データ補正部１４０は、ボルテージフォロワ回路２４０と、積分回路２４１と、差動回路２４２と、を有する。ボルテージフォロワ回路２４０は、アンプ２４３を含んで構成される。アンプ２４３の入力端２４３ａには、信号データｆ（ｔ）に相当する信号電圧が入力される。アンプ２４３の入力端２４３ｂは、アンプ２４３の出力端２４３ｃに接続されている。アンプ２４３は、信号電圧を、電圧値を変えずに電流増幅する。
【0112】
積分回路２４１は、時定数Ｔを有する反転積分回路である。積分回路２４１は、例えば、アンプ２４４と、抵抗素子２４５と、キャパシタ２４６と、を有する。アンプ２４４の入力端２４４ａは、抵抗素子２４５を介して、ボルテージフォロワ回路２４０の出力端２４３ｃに接続されている。アンプ２４４の入力端２４４ｂは、ＧＮＤ（グランド）に接続されている。抵抗素子２４５は、抵抗成分Ｒを有する。キャパシタ２４６は、アンプ２４４の出力端２４４ｃと入力端２４４ａの間に接続されている。キャパシタ２４６は、静電容量Ｃを有する。キャパシタ２４６及び抵抗素子２４５は、ＣＲ回路を構成する。積分回路２４１の時定数Ｔは、静電容量Ｃと抵抗成分Ｒとの積ＣＲによって表される。ボルテージフォロワ回路２４０から出力された信号データｆ（ｔ）は、時定数Ｔを有する積分回路２４１によって時間積分される。その結果、積分回路２４１から補正データ（－ｇ（ｔ））が出力される。従って、積分回路２４１は、補正データ（－ｇ（ｔ））を算出する補正データ算出部として機能する。なお、ベースラインＢＬが０でない場合、入力端２４４ｂをＧＮＤでなくベースラインＢＬの値の電圧に接続すれば、｛ｆ（ｔ）－ＢＬ｝が積分される。また、図２２の抵抗成分Ｒと静電容量Ｃは、図１２の抵抗成分Ｒと静電容量Ｃに一致する必要はなく、積ＣＲが一致すればよい。
【0113】
差動回路２４２は、例えば、アンプ２４７と、一対の抵抗素子２４８ａ，２４８ｂと、一対の抵抗素子２４９ａ，２４９ｂと、を有する。アンプ２４７の入力端２４７ａは、積分回路２４１の出力端２４４ｃに接続されている。アンプ２４７の入力端２４７ｂは、抵抗素子２４８ｂを介して、ボルテージフォロワ回路２４０の出力端２４３ｃに接続されている。抵抗素子２４８ａは、入力端２４７ａと積分回路２４１の出力端２４４ｃとの間に接続されている。抵抗素子２４８ａ，２４８ｂはそれぞれ、抵抗成分Ｒ１を有する。抵抗素子２４９ａは、アンプ２４７の出力端２４７ｃと入力端２４７ａの間に接続されている。抵抗素子２４９ｂは、アンプ２４７の入力端２４７ｂとＧＮＤの間に接続されている。抵抗素子２４９ａ，２４９ｂはそれぞれ、抵抗成分Ｒ２を有する。差動回路２４２は、入力端２４７ｂに入力される信号データｆ（ｔ）と、入力端２４７ａに入力される補正データ（－ｇ（ｔ））との差（ｆ（ｔ）－（―ｇ（ｔ））を算出することにより、補正信号データｈ（ｔ）を生成する。従って、差動回路２４２は、補正信号データｈ（ｔ）を生成する補正信号データ生成部として機能する。なお、図２２に示す例では、補正信号データｈ（ｔ）が定数倍（Ｒ２／Ｒ１）されたものとして差動回路２４２から出力される。
【0114】
このように、信号データ補正部１４０の各機能は、電気回路を含むハードウェアによって実現することができる。但し、図２２の回路構成は、静電容量と並列にリセットスイッチ又は抵抗を接続する等、種々の変更が可能である。積分回路２４１は、反転出力タイプである必要は無く、非反転出力タイプであってもよい。差動回路２４２に代えて、同極性の加算回路が用いられてもよい。
【0115】
なお、センサ１０Ａへの外部刺激は、画素電極２５と被刺激層３０と対向電極３５（共通電極）とによって構成されるキャパシタの画素電極２５の電位の圧力又は曲げ等による変化によって検出されてもよい。或いは、センサ１０Ａへの外部刺激が指等の近接である場合、被刺激層３０は絶縁層であって、画素電極２５の電位の変化によって、外部刺激が検出されてもよい。
【0116】
［第２実施形態］
続いて、第２実施形態について説明する。以下の第２実施形態の説明では、第１実施形態と重複する箇所の説明を適宜省略し、第１実施形態と異なる箇所を主に説明する。
続いて、第２実施形態について説明する。以下の第２実施形態の説明では、第１実施形態と重複する箇所の説明を適宜省略し、第１実施形態と異なる箇所を主に説明する。
【0117】
図２３は、第２実施形態に係る信号処理部１１０Ａの一例を示す図である。図２４（ａ）は、外部刺激条件ｅ（ｔ）の一例を示すグラフである。図２４（ｂ）は、図２４（ａ）の外部刺激条件ｅ（ｔ）の下で取得される１画素分の信号データｆ（ｔ）を示すグラフである。図２４（ｃ）は、図２４（ｂ）の信号データｆ（ｔ）から算出した、信号データｆ（ｔ）を補正するための補正データｇ（ｔ）を示すグラフである。図２４（ｄ）は、図２４（ｃ）の補正データｇ（ｔ）を用いて信号データｆ（ｔ）が補正された補正信号データｈ´（ｔ）を示すグラフである。図２４（ｅ）は、図２４（ｄ）の補正信号データｈ´（ｔ）からベースラインＢＬを差し引くことにより得られる補正信号データｈ（ｔ）を示すグラフである。
【0118】
図２３に示すように、本実施形態では、情報取得部１３０Ａが、信号データ取得部１３１、時定数設定部１３２、及びベースライン設定部１３３に加えて、変化検出部１３４を有する。変化検出部１３４は、外部刺激に伴う信号データｆ（ｔ）の時間変化の開始時間ｔ１を検出する機能を有する。変化検出部１３４には、信号データ取得部１３１から信号データｆ（ｔ）が提供される。図２４（ａ）のように、外部刺激条件ｅ（ｔ）が、開始時間ｔ１において急峻に立上がり、終了時間ｔ２において急峻に立下がる正の時間変化を示す場合、図２４（ｂ）の信号データｆ（ｔ）も、開始時間ｔ１において急峻に立上がり、終了時間ｔ２において急峻に立下がる正の時間変化を示す。
【0119】
この場合、変化検出部１３４は、信号データｆ（ｔ）の立上がりを検出することにより、開始時間ｔ１を検出する。変化検出部１３４は、例えば、或る時間における信号データｆ（ｔ）の信号値から、当該或る時間から所定時間前の時間における信号データｆ（ｔ）の信号値を差し引いた値が閾値を超えたか否かを判定することにより、信号データｆ（ｔ）の急峻な立上がりを検出する。そして、変化検出部１３４は、信号データｆ（ｔ）の立上がりを検出した時間を開始時間ｔ１として検出する。変化検出部１３４は、検出した開始時間ｔ１より所定時間（０または例えば１００ｍｓ以下の時間）前の補正開始時間ｔ０を設定し、補正開始時間ｔ０をベースライン設定部１３３及び信号データ補正部１４０に提供する。一方、変化検出部１３４は、上記値が閾値以下である場合には、信号データｆ（ｔ）の立上がりを検出しない。なお、変化検出部１３４は、開始時間ｔ１をベースライン設定部１３３及び信号データ補正部１４０に提供してもよい。この場合、ベースライン設定部１３３及び信号データ補正部１４０は、開始時間ｔ１から補正開始時間ｔ０を設定してもよい。或いは、変化検出部１３４は、開始時間ｔ１及び補正開始時間ｔ０の両方をベースライン設定部１３３及び信号データ補正部１４０に提供してもよい。
【0120】
ベースライン設定部１３３は、変化検出部１３４が設定した補正開始時間ｔ０以前のタイミングの信号データｆ（ｔ）からベースラインＢＬを直接取得できる。具体的には、ベースライン設定部１３３は、補正開始時間ｔ０における信号データｆ（ｔ）の信号値をベースラインＢＬとして取得してもよい。あるいは、ベースラインＢＬは、補正開始時間ｔ０よりもさらに一定時間（例えば１００ｍｓ程度）前の信号データｆ（ｔ）の信号値としてもよいし、補正開始時間ｔ０よりも前の一定時間内の複数の時間における信号データｆ（ｔ）の信号値の平均値としてもよい。
【0121】
但し、近接センサを用いる場合、ベースラインＢＬを取得する際は、画素電極２５の電位Ｖｃｏｍを対向電極３５の電位Ｖｃｏｕｎｔｅｒに等しくして、リセットをかけた後にベースラインＢＬを取得する。一方、近接センサを用いて検出を行う際には、電位Ｖｃｏｍ値を電位Ｖｃｏｕｎｔｅｒとは異なる値にしてリセットをかけ、静電容量Ｃに充電した状態にする。開始時間ｔ１より所定時間前の補正開始時間ｔ０から補正を開始することは、圧力・曲げ・温度センサと同様である。
【0122】
補正データ算出部１４２は、変化検出部１３４が設定した補正開始時間ｔ０以降の補正データｇ（ｔ）を算出する。この場合、補正データｇ（ｔ）は、補正開始時間ｔ０以降の信号値の時系列データのみを含み、補正開始時間ｔ０よりも前の信号値の時系列データを含まない。あるいは、補正開始時間ｔ０以前の補正データｇ（ｔ）の信号値を０としてもよい。補正データ算出部１４２は、ベースラインＢＬを差し引いた信号データ（ｆ（ｔ）―Ｂ）に対して補正開始時間ｔ０以降で時間積分することにより、信号データ（ｆ（ｔ）―Ｂ）の時間積分値を算出する。そして、補正データ算出部１４２は、信号データ（ｆ（ｔ）―Ｂ）の時間積分値を時定数Ｔで除することにより、図２４（ｃ）の補正データｇ（ｔ）を算出する。
【0123】
補正信号データ生成部１４１は、図２４（ｃ）の補正データｇ（ｔ）を、図２４（ｂ）の信号データｆ（ｔ）に加算することにより、図２４（ｄ）の補正信号データｈ´（ｔ）を生成する。そして、補正信号データ生成部１４１は、補正信号データｈ´（ｔ）からベースラインＢＬを差し引くことにより、図２４（ｅ）の補正信号データｈ（ｔ）を生成する。これにより、補正開始時間ｔ０以降の信号値の時系列データのみを含む補正信号データｈ（ｔ）が得られる。
【0124】
図２５（ａ）は、外部刺激条件ｅ（ｔ）の別の例を示すグラフである。図２５（ｂ）は、図２５（ａ）の外部刺激条件ｅ（ｔ）の下で取得される１画素分の信号データｆ（ｔ）を示すグラフである。図２５（ｃ）は、図２５（ｂ）の信号データｆ（ｔ）から算出した、信号データｆ（ｔ）を補正するための補正データｇ（ｔ）を示すグラフである。図２５（ｄ）は、図２５（ｃ）の補正データｇ（ｔ）を用いて信号データｆ（ｔ）が補正された補正信号データｈ（ｔ）を示すグラフである。図２５（ｅ）は、図２５（ｄ）の補正信号データｈ（ｔ）からベースラインＢＬを差し引くことにより得られる補正信号データｈ（ｔ）を示すグラフである。
【0125】
図２５（ａ）のように、外部刺激条件ｅ（ｔ）が、開始時間ｔ１において急峻に立下がり、終了時間ｔ２において急峻に立上がる負の時間変化を示す場合、図２５（ｂ）の信号データｆ（ｔ）も、開始時間ｔ１において急峻に立下がり、終了時間ｔ２において急峻に立上がる負の時間変化を示す。この場合、変化検出部１３４は、信号データｆ（ｔ）の立下がりを検出することにより、開始時間ｔ１を検出する。変化検出部１３４は、例えば、或る時間における信号データｆ（ｔ）の信号値から、当該或る時間から所定時間前の時間における信号データｆ（ｔ）の信号値を差し引いた値が負の閾値より下がったと判定した場合に、信号データｆ（ｔ）の立下がりを検出する。そして、変化検出部１３４は、信号データｆ（ｔ）の立下がりを検出した時間の所定時間（０または正の時間）前を補正開始時間ｔ０として設定する。変化検出部１３４は、補正開始時間ｔ０をベースライン設定部１３３及び信号データ補正部１４０に提供する。一方、変化検出部１３４は、上記値が負の閾値以上である場合には、信号データｆ（ｔ）の立下がりを検出しない。なお、上述したように、変化検出部１３４は、開始時間ｔ１をベースライン設定部１３３及び信号データ補正部１４０に提供してもよいし、開始時間ｔ１及び補正開始時間ｔ０の両方をベースライン設定部１３３及び信号データ補正部１４０に提供してもよい。
【0126】
変化検出部１３４が開始時間ｔ１を検出した後は、上述した補正処理と同様に、補正データ算出部１４２が、補正開始時間ｔ０以降の時系列データのみを含む図２５（ｃ）の補正データｇ（ｔ）を算出する。そして、補正信号データ生成部１４１が、図２５（ｃ）の補正データｇ（ｔ）を用いて、補正開始時間ｔ０以降の時系列データのみを含む図２５（ｄ）の補正信号データｈ´（ｔ）生成し、補正信号データｈ´（ｔ）からベースラインＢＬを差し引くことにより、図２５（ｅ）の補正信号データｈ（ｔ）を生成する。
【0127】
なお、時定数Ｔとしては、第１実施形態と同様に、例えば、過去のキャリブレーションにより得られた信号データｆ（ｔ）から求めた時定数Ｔが設定されてもよいし、センサ１０Ａに含まれる静電容量Ｃ及び抵抗成分Ｒから予め求めた時定数Ｔが設定されてもよい。また、リセット制御部１２２は、外部刺激が付与されていない状態で画素電極２５の電荷のリセットを開始させてから、所定時間経過後に電荷蓄積のリセットが終了するように制御してもよい。リセット制御部１２２による電荷蓄積のリセットは、装置立上げ時に自動で行われてもよいし、センサ１０Ａへの外部刺激が付与されていない期間の任意のタイミングにおいて手動で行われてもよい。
【0128】
また、上述した例では、補正信号データｈ（ｔ）が、補正開始時間ｔ０以降の信号値の時系列データのみを含む場合について説明したが、補正信号データｈ（ｔ）は、補正開始時間ｔ０よりも前の信号値の時系列データを有していてもよい。この場合、補正開始時間ｔ０よりも前の補正信号データｈ（ｔ）の時系列データは、補正開始時間ｔ０よりも前の未補正の信号データｆ（ｔ）の時系列データと同一であってよい。
【0129】
また、変化検出部１３４による信号データｆ（ｔ）の立上がり又は立下がりの検出は、画素ごとに個別に行われてもよいが、立ち上がったという認識は全画素で共通であることが望ましい。従って、立上りの検出は、全画素の中から選択された１つの代表画素の信号データｆ（ｔ）に対してのみ行われてもよい。或いは、全画素の信号データｆ（ｔ）を合計した合計信号データから立上がり又は立下がりの検出が行われもよいし、全画素の中から選択された複数の信号データｆ（ｔ）を合計した合計信号データから立上がり又は立下がりの検出が行われもよい。これにより、変化検出部１３４による信号データｆ（ｔ）の立上がり又は立下がりの検出回数の増大を抑制できるので、立上がり又は立下がりの検出のための処理負荷を低減できる。
【0130】
［信号処理方法］
続いて、図２６を参照しながら、本実施形態における信号処理方法について説明する。図２６は、信号処理装置５Ａによって実施される信号処理方法の例を示すフローチャートである。図２６に示す例では、図７の薄膜トランジスタアレイの回路構成を有するセンサ１０Ａから得られる信号データｆ（ｔ）を処理する場合について説明する。
続いて、図２６を参照しながら、本実施形態における信号処理方法について説明する。図２６は、信号処理装置５Ａによって実施される信号処理方法の例を示すフローチャートである。図２６に示す例では、図７の薄膜トランジスタアレイの回路構成を有するセンサ１０Ａから得られる信号データｆ（ｔ）を処理する場合について説明する。
【0131】
図２６に示すように、まず、時定数設定部１３２は、時定数Ｔを設定する（ステップＳ２０１）。次に、リセット制御部１２２は、センサ１０Ａに外部刺激が付与されていない状態で、画素電極２５の電荷蓄積のリセットを実行する（ステップＳ２０２）。具体的には、リセット制御部１２２は、リセット用の薄膜トランジスタ２３をオンにすることにより、画素電極２５の電荷蓄積をリセットする。そして、リセット制御部１２２は、一定時間が経過した後に、薄膜トランジスタ２３をオフに切り替えることにより、画素電極２５の電荷蓄積のリセットを解除する。
【0132】
次に、信号データ取得部１３１は、１画面分の信号データｆ（ｔ）を取得する（ステップＳ２０３）。次に、信号データ補正部１４０は、補正フラグが０であるか否かを判定する（ステップＳ２０４）。補正フラグは、信号データ補正部１４０による補正処理を行うかどうか示すフラグである。信号データ補正部１４０は、補正フラグが０である場合（ステップＳ２０４においてＹｅｓ）、変化検出部１３４による信号データｆ（ｔ）の時間変化の検出の有無を確認する（ステップＳ２０５）。例えば、信号データｆ（ｔ）が正の時間変化を示す場合、変化検出部１３４は、信号データｆ（ｔ）の立上がりを検出する。一方、信号データｆ（ｔ）が負の時間変化を示す場合、変化検出部１３４は、信号データｆ（ｔ）の立下がりを検出する。変化検出部１３４は、このように信号データｆ（ｔ）の立上がり又は立下がり（開始点）を検出すると（ステップＳ２０５においてＹｅｓ）、センサ１０Ａへの外部刺激の付与が開始した開始時間ｔ１を記憶し、開始時間ｔ１より所定時間（０または正の時間）前の補正開始時間ｔ０を設定する（ステップＳ２０６）。
【0133】
次に、ベースライン設定部１３３は、補正開始時間ｔ０を用いて、信号データｆ（ｔ）のベースラインＢＬを設定する（ステップＳ２０７）。具体的には、ベースライン設定部１３３は、補正開始時間ｔ０またはそれよりも前の信号データｆ（ｔ）の信号値をベースラインＢＬとして設定する。但し、この方法は、圧力・曲げ・温度センサのように、リセットでＶｐｉｘ＝Ｖｃｏｕｎｔｅｒにして検知する場合に用いることができる。近接または指紋センサのようにリセットでＶｐｉｘ＝Ｖｃｏｍ≠Ｖｃｏｕｎｔｅｒにして検知する場合には、別途リセットでＶｐｉｘ＝Ｖｃｏｕｎｔｅｒにして求めたベースラインＢＬを使用する。その後、補正フラグが１に設定される（ステップＳ２０８）。
【0134】
次に、補正データ算出部１４２は、補正データｇ（ｔ）を算出する（ステップＳ２０９）。補正データ算出部１４２は、例えば、ベースラインＢＬを差し引いた信号データ（ｆ（ｔ）―Ｂ）に対して補正開始時間ｔ０以降で時間積分することにより、信号データ（ｆ（ｔ）―Ｂ）の時間積分値を算出する。補正データ算出部１４２は、信号データ（ｆ（ｔ）―Ｂ）の時間積分値を時定数Ｔで除することにより、補正開始時間ｔ０以降の時系列データのみを含む補正データｇ（ｔ）を算出する。あるいは、補正開始時間ｔ０以前の補正データｇ（ｔ）の信号値を０としてもよい。
【0135】
次に、補正信号データ生成部１４１は、信号データｆ（ｔ）および補正データｇ（ｔ）を用いて補正信号データｈ（ｔ）を生成する（ステップＳ２１０）。具体的には、補正信号データ生成部１４１は、補正データｇ（ｔ）を信号データｆ（ｔ）に加算することにより、補正信号データｈ´（ｔ）を生成する。その後、補正信号データ生成部１４１は、補正信号データｈ´（ｔ）からベースラインＢＬを差し引くことにより、補正信号データｈ（ｔ）を生成してもよい。
【0136】
なお、信号データ補正部１４０は、補正フラグが１である場合（ステップＳ２０４においてＮｏ）には、ステップＳ２０５～ステップＳ２０８が実行されずに、ステップＳ２０９及びステップ２１０が実行される。また、信号データ補正部１４０が、信号データｆ（ｔ）の立上がり又は立下がりが検出されていないと判断した場合（ステップＳ２０５においてＮｏ）には、ステップＳ２０５～ステップＳ２１０が実行されずに、次のステップＳ２１１に移行する。
【0137】
次に、リセット制御部１２２は、画素電極２５の電荷蓄積のリセットを実行するか否かを判断する（ステップＳ２１１）。例えば、リセット制御部１２２は、ユーザによってリセットボタンが押下された場合に、画素電極２５の電荷蓄積のリセットを実行すると判断してよい。リセット制御部１２２が電荷蓄積のリセットを実行すると判断した場合（ステップＳ２１１においてＹｅｓ）、補正フラグが０に設定される（ステップＳ２１２）。そして、リセット制御部１２２は、画素電極２５の電荷蓄積のリセットを実行する（ステップＳ２１３）。具体的には、リセット制御部１２２は、リセット用の薄膜トランジスタ２３をオンにすることにより、画素電極２５の電荷蓄積をリセットする。そして、リセット制御部１２２は、一定時間が経過した後に、薄膜トランジスタ２３をオフに切り替えることにより、画素電極２５の電荷蓄積のリセットを解除する。その後、ステップＳ２０３に戻り、一連の補正処理が再度実行される。一方、リセット制御部１２２が電荷蓄積のリセットを実行しないと判断した場合（ステップＳ２１１においてＮｏ）、ステップＳ２１２及びステップＳ２１３が実行されずに、ステップＳ２０３に戻り、信号データｆ（ｔ）の取得と開始点の検出が再度実行される。
【0138】
［作用効果］
本実施形態によれば、第１実施形態と同様、減衰が補償された補正信号データｈ（ｔ）を得ることができるので、第１実施形態と同様の効果が得られる。更に、本実施形態では、圧力・曲げ・温度センサのようにリセットでＶｐｉｘ＝Ｖｃｏｕｎｔｅｒにして検知する場合には、開始時間ｔ１よりも所定時間（０または正の時間）前の補正開始時間ｔ０における信号値、または補正開始時間ｔ０よりさらに一定時間前の信号値を、ベースラインＢＬとして設定できる。これにより、予め実験等によりベースラインＢＬを測定することなく、信号データｆ（ｔ）からベースラインＢＬを直接的に求めることができる。近接または指紋センサのようにリセットでＶｐｉｘ＝Ｖｃｏｍ≠Ｖｃｏｕｎｔｅｒにして検知する場合、ベースラインＢＬは別途求めた値を用いる。あるいは、測定前にＶｐｉｘ＝ＶｃｏｕｎｔｅｒにしてベースラインＢＬを求めた後に、Ｖｐｉｘ＝Ｖｃｏｍにして測定を行う。更に、本実施形態では、補正開始時間ｔ０以降の補正データｇ（ｔ）を用いて、補正信号データｈ（ｔ）が生成される。この場合、補正開始時間ｔ０以前の信号データｆ（ｔ）に変動が生じていたとしても、その変動成分を加味せずに補正信号データｈ（ｔ）を得ることができる。その結果、補正信号データｈ（ｔ）に基づく外部刺激の評価をより正しく行うことが可能となる。開始時間ｔ１の検出は、画素毎に行うことも可能だが、センサ全体で開始時間ｔ１を共有する方が、動作を簡略化できて好ましい。なお、本実施形態では、開始時間ｔ１において外部刺激が検出されてから、所定時間（０または正の時間）だけ過去の補正開始時間ｔ０から補正計算を開始することになるが、補正開始時間ｔ０と開始時間ｔ１との時間差は僅かであるため、この時間差が大きな遅れに繋がることはない。あるいは、ｔ１－ｔ０の時間分だけ常に積分計算をしておき、立ち上がりの開始時間ｔ１を検出した場合に、その積分データを用いて積分を続けるようにすれば、計算遅れをなくすこともできる。あるいは、ｔ０＝ｔ１の場合には、遅れは生じない。
本実施形態によれば、第１実施形態と同様、減衰が補償された補正信号データｈ（ｔ）を得ることができるので、第１実施形態と同様の効果が得られる。更に、本実施形態では、圧力・曲げ・温度センサのようにリセットでＶｐｉｘ＝Ｖｃｏｕｎｔｅｒにして検知する場合には、開始時間ｔ１よりも所定時間（０または正の時間）前の補正開始時間ｔ０における信号値、または補正開始時間ｔ０よりさらに一定時間前の信号値を、ベースラインＢＬとして設定できる。これにより、予め実験等によりベースラインＢＬを測定することなく、信号データｆ（ｔ）からベースラインＢＬを直接的に求めることができる。近接または指紋センサのようにリセットでＶｐｉｘ＝Ｖｃｏｍ≠Ｖｃｏｕｎｔｅｒにして検知する場合、ベースラインＢＬは別途求めた値を用いる。あるいは、測定前にＶｐｉｘ＝ＶｃｏｕｎｔｅｒにしてベースラインＢＬを求めた後に、Ｖｐｉｘ＝Ｖｃｏｍにして測定を行う。更に、本実施形態では、補正開始時間ｔ０以降の補正データｇ（ｔ）を用いて、補正信号データｈ（ｔ）が生成される。この場合、補正開始時間ｔ０以前の信号データｆ（ｔ）に変動が生じていたとしても、その変動成分を加味せずに補正信号データｈ（ｔ）を得ることができる。その結果、補正信号データｈ（ｔ）に基づく外部刺激の評価をより正しく行うことが可能となる。開始時間ｔ１の検出は、画素毎に行うことも可能だが、センサ全体で開始時間ｔ１を共有する方が、動作を簡略化できて好ましい。なお、本実施形態では、開始時間ｔ１において外部刺激が検出されてから、所定時間（０または正の時間）だけ過去の補正開始時間ｔ０から補正計算を開始することになるが、補正開始時間ｔ０と開始時間ｔ１との時間差は僅かであるため、この時間差が大きな遅れに繋がることはない。あるいは、ｔ１－ｔ０の時間分だけ常に積分計算をしておき、立ち上がりの開始時間ｔ１を検出した場合に、その積分データを用いて積分を続けるようにすれば、計算遅れをなくすこともできる。あるいは、ｔ０＝ｔ１の場合には、遅れは生じない。
【0139】
［第３実施形態］
続いて、第３実施形態について説明する。以下の第３実施形態の説明では、第１実施形態及び第２実施形態と重複する箇所の説明を適宜省略し、第１実施形態及び第２実施形態と異なる箇所を主に説明する。
続いて、第３実施形態について説明する。以下の第３実施形態の説明では、第１実施形態及び第２実施形態と重複する箇所の説明を適宜省略し、第１実施形態及び第２実施形態と異なる箇所を主に説明する。
【0140】
図２７は、第３実施形態に係る信号処理部１１０Ａの一例を示す図である。図２８（ａ）は、外部刺激条件ｅ（ｔ）の一例を示すグラフである。図２８（ｂ）は、図２８（ａ）の外部刺激条件ｅ（ｔ）の下で取得される１画素分の信号データｆ（ｔ）を示すグラフである。図２８（ｃ）は、図２８（ｂ）の信号データｆ（ｔ）から算出した、信号データｆ（ｔ）を補正するための補正データｇ（ｔ）を示すグラフである。図２８（ｄ）は、図２８（ｃ）の補正データｇ（ｔ）を用いて信号データｆ（ｔ）が補正された補正信号データｈ´（ｔ）を示すグラフである。図２８（ｅ）は、図２８（ｄ）の補正信号データｈ´（ｔ）からベースラインＢＬを差し引くことにより得られる補正信号データｈ（ｔ）を示すグラフである。
【0141】
図２７に示すように、本実施形態では、情報取得部１３０Ｂが、信号データ取得部１３１、時定数設定部１３２、及びベースライン設定部１３３に加えて、変化検出部１３４を有する。変化検出部１３４は、外部刺激に伴う信号データｆ（ｔ）の時間変化の終了時間ｔ２を検出する機能を有する。変化検出部１３４には、信号データ取得部１３１から信号データｆ（ｔ）が入力される。図２８（ａ）のように、外部刺激条件ｅ（ｔ）が、開始時間ｔ１において急峻に立上がり、終了時間ｔ２において急峻に立下がる正の時間変化を示す場合、図２８（ｂ）の信号データｆ（ｔ）も、開始時間ｔ１において急峻に立上がり、終了時間ｔ２において急峻に立下がる正の時間変化を示す。
【0142】
この場合、変化検出部１３４は、第２実施形態と同様、信号データｆ（ｔ）の立上がりを検出することにより、開始時間ｔ１を検出する。更に、本実施形態では、変化検出部１３４は、信号データｆ（ｔ）の立下がりを検出することにより、終了時間ｔ２を検出する。変化検出部１３４は、例えば、或る時間における信号データｆ（ｔ）の信号値から、当該或る時間から所定時間前の時間における信号データｆ（ｔ）の信号値を差し引いた値が負の閾値以下に下がったか否かを判定することにより、信号データｆ（ｔ）の急峻な立下がりを検出する。変化検出部１３４は、上記値が負の閾値以下に下がったと判定した場合に、信号データｆ（ｔ）の立下がりを認識する。そして、変化検出部１３４は、信号データｆ（ｔ）の立下がりを検出した時間を終了時間ｔ２として記憶し、終了時間ｔ２から所定時間後を補正終了時間ｔ３に設定する。変化検出部１３４は、補正開始時間ｔ０及び補正終了時間ｔ３を含む検出結果を、ベースライン設定部１３３及び信号データ補正部１４０に提供する。一方、変化検出部１３４は、上記値が負の閾値以上である場合には、信号データｆ（ｔ）の立下がりを検出しない。なお、変化検出部１３４は、開始時間ｔ１及び終了時間ｔ２を含む検出結果を、ベースライン設定部１３３及び信号データ補正部１４０に提供してもよい。この場合、ベースライン設定部１３３及び信号データ補正部１４０は、開始時間ｔ１及び終了時間ｔ２から補正開始時間ｔ０及び補正終了時間ｔ３を設定してもよい。或いは、変化検出部１３４は、開始時間ｔ１、終了時間ｔ２、補正開始時間ｔ０、及び補正終了時間ｔ３を含む検出結果を、ベースライン設定部１３３及び信号データ補正部１４０に提供してもよい。また、変化検出部１３４は、補正終了時間ｔ３をリセット制御部１２２に提供する。変化検出部１３４は、終了時間ｔ２をリセット制御部１２２に提供してもよいし、終了時間ｔ２及び補正終了時間ｔ３をリセット制御部１２２に提供してもよい。
【0143】
ベースライン設定部１３３は、第２実施形態と同様、圧力・曲げ・温度センサのようにリセットでＶｐｉｘ＝Ｖｃｏｕｎｔｅｒにして検知する場合には、補正開始時間ｔ０を用いて、信号データｆ（ｔ）からベースラインＢＬを直接取得できる。近接または指紋センサのようにリセットでＶｐｉｘ＝Ｖｃｏｍ≠Ｖｃｏｕｎｔｅｒにして検知する場合には、別途Ｖｐｉｘ＝Ｖｃｏｕｎｔｅｒにして求めたベースラインＢＬを使用する。補正データ算出部１４２は、補正開始時間ｔ０以降、且つ終了時間ｔ２よりも所定時間後の補正終了時間ｔ３以前の補正データｇ（ｔ）を算出する。この場合、補正データｇ（ｔ）は、補正開始時間ｔ０から補正終了時間ｔ３までの間の信号値の時系列データのみを含み、補正開始時間ｔ０よりも前の信号値の時系列データ、及び補正終了時間ｔ３よりも後の信号値の時系列データを含まない。あるいは、補正開始時間ｔ０以前の補正データｇ（ｔ）の信号値を０としてもよい。補正データ算出部１４２は、ベースラインＢＬを差し引いた信号データ（ｆ（ｔ）―Ｂ）に対して補正開始時間ｔ０から時間ｔまで時間積分することにより、信号データ（ｆ（ｔ）―Ｂ）の時間積分値を算出する。そして、補正データ算出部１４２は、信号データ（ｆ（ｔ）―Ｂ）の時間積分値を時定数Ｔで除することにより、図２８（ｃ）の補正データｇ（ｔ）を算出する。補正データｇ（ｔ）の算出は、補正開始時間ｔ０から補正終了時間ｔ３まで行う。なお、補正終了時間ｔ３は、終了時間ｔ２と同一であってもよい。
【0144】
補正信号データ生成部１４１は、図２８（ｃ）の補正データｇ（ｔ）を、図２８（ｂ）の信号データｆ（ｔ）に加算することにより、図２８（ｄ）の補正信号データｈ´（ｔ）を生成する。そして、補正信号データ生成部１４１は、補正信号データｈ´（ｔ）からベースラインＢＬを差し引くことにより、図２８（ｅ）の補正信号データｈ（ｔ）を生成してもよい。このようにして、補正開始時間ｔ０から補正終了時間ｔ３までの間の信号値の時系列データのみを含む補正信号データｈ´（ｔ）が得られる。
【0145】
リセット制御部１２２は、補正終了時間ｔ３において画素電極２５の電荷蓄積のリセットを開始させる。そして、リセット制御部１２２は、補正終了時間ｔ３から所定時間後の時間ｔ４において画素電極２５の電荷蓄積のリセットを終了させる。その結果、図２８（ｂ）に示すように、信号データｆ（ｔ）は、補正終了時間ｔ３から時間ｔ４までの期間において信号値の時系列データを含まない。
【0146】
図２９（ａ）は、外部刺激条件ｅ（ｔ）の他の例を示すグラフである。図２９（ｂ）は、図２９（ａ）の外部刺激条件ｅ（ｔ）の下で取得される１画素分の信号データｆ（ｔ）を示すグラフである。図２９（ｃ）は、図２９（ｂ）の信号データｆ（ｔ）から算出した、信号データｆ（ｔ）を補正するための補正データｇ（ｔ）を示すグラフである。図２９（ｄ）は、図２９（ｃ）の補正データｇ（ｔ）を用いて信号データｆ（ｔ）が補正された補正信号データｈ（ｔ）を示すグラフである。図２９（ｅ）は、図２９（ｄ）の補正信号データｈ（ｔ）からベースラインを差し引くことにより得られる補正信号データｈ（ｔ）を示すグラフである。
【0147】
図２９（ａ）のように、外部刺激条件ｅ（ｔ）が、開始時間ｔ１において急峻に立下がり、終了時間ｔ２において急峻に立上がる負の時間変化を示す場合、図２９（ｂ）の信号データｆ（ｔ）も、開始時間ｔ１において急峻に立下がり、終了時間ｔ２において急峻に立上がる時間変化を示す。この場合、変化検出部１３４は、信号データｆ（ｔ）の立上がりを検出することにより、終了時間ｔ２を検出する。変化検出部１３４は、例えば、或る時間における信号データｆ（ｔ）の信号値から、当該或る時間から所定時間前の時間における信号データｆ（ｔ）の信号値を差し引いた値が閾値を超えたと判定した場合に、信号データｆ（ｔ）の立上がりを検出する。そして、変化検出部１３４は、信号データｆ（ｔ）の立上がりを検出した時間を終了時間ｔ２として認識する。変化検出部１３４は、補正開始時間ｔ０及び補正終了時間ｔ３を含む検出結果を、ベースライン設定部１３３及び信号データ補正部１４０に提供する。一方、変化検出部１３４は、上記値が閾値以下である場合には、信号データｆ（ｔ）の立上がりを検出しない。なお、上述したように、変化検出部１３４は、開始時間ｔ１及び終了時間ｔ２を含む検出結果を、ベースライン設定部１３３及び信号データ補正部１４０に提供してもよいし、開始時間ｔ１、終了時間ｔ２、補正開始時間ｔ０、及び補正終了時間ｔ３を含む検出結果を、ベースライン設定部１３３及び信号データ補正部１４０に提供してもよい。
【0148】
変化検出部１３４が補正開始時間ｔ０を検出した後は、上述した補正処理と同様に、補正データ算出部１４２が、補正開始時間ｔ０から時間ｔまでの信号の積分値を時定数Ｔで割った補正データｇ（ｔ）を算出する。補正データｇ（ｔ）の算出は、補正開始時間ｔ０から補正終了時間ｔ３まで行う。そして、補正信号データ生成部１４１が、図２９（ｃ）の補正データｇ（ｔ）を用いて、補正開始時間ｔ０以降の時系列データのみを含む図２９（ｄ）の補正信号データｈ´（ｔ）生成し、補正信号データｈ´（ｔ）からベースラインＢＬを差し引くことにより、図２９（ｅ）の補正信号データｈ（ｔ）を生成する。補正データｇ（ｔ）の算出と補正信号データｈ（ｔ）の生成は、並行して同時に行うことができる。
【0149】
なお、時定数Ｔとしては、第１実施形態と同様に、例えば、過去の実験により得られる信号データｆ（ｔ）から求めた時定数Ｔが設定されてもよいし、センサ１０Ａに含まれる静電容量Ｃ及び抵抗成分Ｒから求めた時定数Ｔが設定されてもよい。また、リセット制御部１２２は、外部刺激が付与されていない状態で画素電極２５の電荷のリセットを開始させた後に、所定時間経過後に電荷蓄積のリセットが終了するように制御してもよい。リセット制御部１２２による電荷蓄積のリセットは、装置立上げ時に自動で行われてもよいし、センサ１０Ａへの外部刺激が付与されていない期間の任意のタイミングにおいて手動で行われてもよい。
【0150】
また、上述した例では、補正信号データｈ（ｔ）が、補正開始時間ｔ０から補正終了時間ｔ３までの間の信号値の時系列データのみを含む場合について説明したが、補正信号データｈ（ｔ）は、補正開始時間ｔ０よりも前の信号値の時系列データを有していてもよいし、補正終了時間ｔ３よりも後の信号値の時系列データを有していてもよい。この場合、補正開始時間ｔ０よりも前の補正信号データｈ（ｔ）の時系列データは、補正開始時間ｔ０よりも前の未補正の信号データｆ（ｔ）の時系列データと同一であってよい。補正終了時間ｔ３よりも後の補正信号データｈ（ｔ）の時系列データは、補正終了時間ｔ３よりも後の未補正の信号データｆ（ｔ）の時系列データと同一であってよい。
【0151】
また、変化検出部１３４による信号データｆ（ｔ）の立上がり又は立下がりの検出は、画素ごとに個別に行われてもよいが、立ち上がった、立下がったという認識は全画素で共通であることが望ましい。従って、立ち上がり・立下りの検出は、全画素の中から選択された１つの代表画素の信号データｆ（ｔ）に対してのみ行われてもよい。或いは、全画素の信号データｆ（ｔ）を合計した合計信号データから立上がり又は立下がりの検出が行われもよいし、全画素の中から選択された複数の信号データｆ（ｔ）を合計した合計信号データから立上がり又は立下がりの検出が行われもよい。これにより、変化検出部１３４による信号データｆ（ｔ）の立上がり又は立下がりの検出回数の増大を抑制できるので、立上がり又は立下がりの検出のための処理負荷を低減できる。
【0152】
［信号処理方法］
続いて、図３０を参照しながら、本実施形態における信号処理方法について説明する。図３０は、信号処理装置５Ａによって実施される信号処理方法の例を示すフローチャートである。図３０に示す例では、図７の薄膜トランジスタアレイの回路構成を有するセンサ１０Ａから得られる信号データｆ（ｔ）を処理する場合について説明する。
続いて、図３０を参照しながら、本実施形態における信号処理方法について説明する。図３０は、信号処理装置５Ａによって実施される信号処理方法の例を示すフローチャートである。図３０に示す例では、図７の薄膜トランジスタアレイの回路構成を有するセンサ１０Ａから得られる信号データｆ（ｔ）を処理する場合について説明する。
【0153】
図３０におけるステップＳ３０１～Ｓ３１０は、図２６におけるステップＳ２０１～Ｓ２１０と同一の処理である。ステップＳ３０１～Ｓ３１０の後、信号データ補正部１４０は、検出終了フラグが０であるか否かを判定する（ステップＳ３１１）。検出終了フラグは、センサ１０Ａに付与された外部刺激の検出が終了したかどうかを示すフラグである。信号データ補正部１４０は、検出終了フラグが０である場合（ステップＳ３１１においてＹｅｓ）、終了点の検出が未完であるので、変化検出部１３４による信号データｆ（ｔ）の時間変化の検出の有無を確認する（ステップＳ３１２）。例えば、信号データｆ（ｔ）が正の時間変化を示す場合、変化検出部１３４は、信号データｆ（ｔ）の立下がりを検出する。一方、信号データｆ（ｔ）が負の時間変化を示す場合、変化検出部１３４は、信号データｆ（ｔ）の立上がりを検出する。このように、変化検出部１３４は、信号データｆ（ｔ）の立下がり又は立上がり（終了点）を検出すると、センサ１０Ａへの外部刺激の付与が終了する終了時間ｔ２を検出する。
【0154】
信号データ補正部１４０は、信号データｆ（ｔ）の立下がり又は立上がりが検出されたと判断した場合（ステップＳ３１２においてＹｅｓ）、変化検出部１３４が検出した終了時間ｔ２を記憶し、終了時間ｔ２から所定時間後の補正終了時間ｔ３を設定する（ステップＳ３１３）。その後、検出終了フラグが１に設定される（ステップＳ３１４）。その結果、補正開始時間ｔ０から補正終了時間ｔ３までの期間において補正信号データｈ（ｔ）が生成される。信号データ補正部１４０は、検出終了フラグが１であると判定した場合（ステップＳ３１１においてＮｏ）には、外部刺激の検出が終了したと判断する。この場合、ステップＳ３１２～ステップＳ３１４が実施されずに、次のステップ３１５に移行する。また、信号データ補正部１４０が信号データｆ（ｔ）の検知終了（立下がり又は立上がり）が検出されていないと判断した場合（ステップＳ３１２においてＮｏ）、ステップ３０３に移行する。
【0155】
次に、リセット制御部１２２は、画素電極２５の電荷蓄積のリセットを実行するか否かを判定する（ステップＳ３１５～Ｓ３１６）。例えば、リセット制御部１２２は、補正終了時間ｔ３に到達した場合や、リセットボタンが押された場合に、電荷蓄積のリセットを実行すると判定してよい。リセット制御部１２２が電荷蓄積のリセットを実行すると判定した場合（ステップＳ３１５またはＳ３１６においてＹｅｓ）、補正フラグが０に設定される（ステップＳ３１７）。そして、検出終了フラグが０に設定され（ステップＳ３１８）、リセット制御部１２２は、電荷蓄積のリセットを実行する（ステップＳ３１９）。
【0156】
具体的には、リセット制御部１２２は、終了時間ｔ２から所定時間後の補正終了時間ｔ３において、リセット用の薄膜トランジスタ２３をオンにすることにより、画素電極２５の電荷蓄積をリセットする。そして、リセット制御部１２２は、補正終了時間ｔ３から一定時間後の時間ｔ４において、薄膜トランジスタ２３をオフに切り替えることにより、画素電極２５の電荷蓄積のリセットを解除する。その後、ステップＳ３０３に戻り、一連の補正処理が再度実行される。一方、リセット制御部１２２が電荷蓄積のリセットを実行しないと判定した場合（ステップＳ３１６においてＮｏ）においても同様に、ステップＳ３１７～Ｓ３１９が実行されずに、ステップＳ３０３に戻り、一連の補正処理が再度実行される。
【0157】
［作用効果］
本実施形態によれば、第１実施形態と同様、減衰が補償された補正信号データｈ´（ｔ）を得ることができるので、第１実施形態と同様の効果が得られる。更に、本実施形態では、補正終了時間ｔ３以前の補正データｇ（ｔ）を用いて、補正信号データｈ´（ｔ）が生成される。この場合、補正終了時間ｔ３以前の信号データｆ（ｔ）に変動が生じていたとしても、その変動成分を加味せずに補正信号データｈ´（ｔ）を得ることができる。その結果、補正信号データｈ´（ｔ）に基づく外部刺激の評価をより正しく行うことが可能となる。終了時間ｔ２の検出は、画素毎に行うことが可能だが、センサ全体で終了時間ｔ２を共有する方が、動作を簡略化できて好ましい。また、リセットは、センサ全体で同時に行うことができる。なお、このように、補正終了時間ｔ３を終了時間ｔ２の所定時間後に設定することにより、外部刺激が確実に終了したことを確認できるようになる。更に、本実施形態では、補正終了時間ｔ３以降に電荷蓄積のリセットが実行される。この場合、画素電極２５に残存する電荷が次の信号処理に影響を及ぼしてしまう事態を抑制できる。その結果、補正信号データｈ´（ｔ）に基づく外部刺激の評価をより正しく行うことが可能となる。
本実施形態によれば、第１実施形態と同様、減衰が補償された補正信号データｈ´（ｔ）を得ることができるので、第１実施形態と同様の効果が得られる。更に、本実施形態では、補正終了時間ｔ３以前の補正データｇ（ｔ）を用いて、補正信号データｈ´（ｔ）が生成される。この場合、補正終了時間ｔ３以前の信号データｆ（ｔ）に変動が生じていたとしても、その変動成分を加味せずに補正信号データｈ´（ｔ）を得ることができる。その結果、補正信号データｈ´（ｔ）に基づく外部刺激の評価をより正しく行うことが可能となる。終了時間ｔ２の検出は、画素毎に行うことが可能だが、センサ全体で終了時間ｔ２を共有する方が、動作を簡略化できて好ましい。また、リセットは、センサ全体で同時に行うことができる。なお、このように、補正終了時間ｔ３を終了時間ｔ２の所定時間後に設定することにより、外部刺激が確実に終了したことを確認できるようになる。更に、本実施形態では、補正終了時間ｔ３以降に電荷蓄積のリセットが実行される。この場合、画素電極２５に残存する電荷が次の信号処理に影響を及ぼしてしまう事態を抑制できる。その結果、補正信号データｈ´（ｔ）に基づく外部刺激の評価をより正しく行うことが可能となる。
【実施例0158】
以下、本発明に係る信号処理装置５、の実施例１～６について説明する。しかし、本発明は、実施例１～６に限定されるものではない。
【0159】
（実施例１）
図４～図７のセンサ１０Ａと、図９の信号処理装置５Ａとを備える、図８（ｂ）のセンサ装置１Ａを作製した。このセンサ１０Ａに一定強度の凸曲げ（具体的には、被刺激層３０側が凸になる向きの曲げ）を１分間付与すると、信号データｆ（ｔ）の時定数Ｔは、５秒～２０秒のばらつきがあり、これらの相乗平均は１０秒であった。そこで、時定数Ｔを１０秒として設定し、図２１の信号処理方法に従って信号データｆ（ｔ）の信号処理を行った。
図４～図７のセンサ１０Ａと、図９の信号処理装置５Ａとを備える、図８（ｂ）のセンサ装置１Ａを作製した。このセンサ１０Ａに一定強度の凸曲げ（具体的には、被刺激層３０側が凸になる向きの曲げ）を１分間付与すると、信号データｆ（ｔ）の時定数Ｔは、５秒～２０秒のばらつきがあり、これらの相乗平均は１０秒であった。そこで、時定数Ｔを１０秒として設定し、図２１の信号処理方法に従って信号データｆ（ｔ）の信号処理を行った。
【0160】
図３１（ａ）は、外部刺激条件ｅ（ｔ）を示すグラフである。図３１（ｂ）は、図３１（ａ）の外部刺激条件ｅ（ｔ）の下で取得される１画素分の信号データｆ（ｔ）を示すグラフである。図３１（ｃ）は、図３１（ｂ）の信号データｆ（ｔ）から算出した、信号データｆ（ｔ）を補正するための補正データｇ（ｔ）を示すグラフである。図３１（ｄ）は、図３１（ｃ）の補正データｇ（ｔ）を用いて信号データｆ（ｔ）が補正された補正信号データｈ（ｔ）を示すグラフである。図３１（ｅ）は、図３１（ｄ）の補正信号データｈ´（ｔ）からベースラインＢＬを差し引くことにより得られる補正信号データｈ（ｔ）を示すグラフである。
【0161】
図３１（ａ）の外部刺激条件ｅ（ｔ）のように、一定強度の曲げをセンサ１０Ａに一定時間付与すると、図３１（ｂ）の信号データｆ（ｔ）が得られた。図３１（ｂ）の信号データｆ（ｔ）の時間積分値を時定数Ｔで除することにより、図３１（ｃ）の補正データｇ（ｔ）が得られた。図３１（ｃ）の補正データｇ（ｔ）を図３１（ｂ）の信号データｆ（ｔ）に加算することにより、図３１（ｄ）の補正信号データｈ´（ｔ）が得られた。補正信号データｈ´（ｔ）からベースラインＢＬを差し引くことにより、図３１（ｅ）の補正信号データｈ（ｔ）が得られた。図３１（ｅ）の補正信号データｈ（ｔ）は、図３１（ｂ）の信号データｆ（ｔ）と比べて、図３１（ａ）の外部刺激条件ｅ（ｔ）のような矩形波に近くなった。
【0162】
（実施例２）
実施例１と同一のセンサ装置１Ａを作製した。センサ１０Ａに対して、図２０（ａ）の外部刺激条件ｅ（ｔ）の形状の外部刺激を付与した。具体的には、センサ１０Ａに対して、一定強度の凸曲げを一定時間付与した後、凸曲げの付与を徐々に解除して逆に凹曲げ（具体的には、被刺激層３０側が凹になる向きの曲げ）を一定時間付与した。その結果、図２０（ｂ）の信号データｆ（ｔ）が得られ、図２０（ｃ）の補正データｇ（ｔ）を用いて図２０（ｅ）の補正信号データｈ（ｔ）が得られた。図２０（ｅ）の補正信号データｈ（ｔ）は、図２０（ｂ）の信号データｆ（ｔ）と比べて、図２０（ａ）の外部刺激条件ｅ（ｔ）が示す時間波形に近くなった。
実施例１と同一のセンサ装置１Ａを作製した。センサ１０Ａに対して、図２０（ａ）の外部刺激条件ｅ（ｔ）の形状の外部刺激を付与した。具体的には、センサ１０Ａに対して、一定強度の凸曲げを一定時間付与した後、凸曲げの付与を徐々に解除して逆に凹曲げ（具体的には、被刺激層３０側が凹になる向きの曲げ）を一定時間付与した。その結果、図２０（ｂ）の信号データｆ（ｔ）が得られ、図２０（ｃ）の補正データｇ（ｔ）を用いて図２０（ｅ）の補正信号データｈ（ｔ）が得られた。図２０（ｅ）の補正信号データｈ（ｔ）は、図２０（ｂ）の信号データｆ（ｔ）と比べて、図２０（ａ）の外部刺激条件ｅ（ｔ）が示す時間波形に近くなった。
【0163】
（実施例３）
実施例１と同一のセンサ装置１Ａを作製した。センサ１０Ａに一定強度の凸曲げを一定時間付与した。時定数Ｔを１０秒として設定し、図２６の信号処理方法に従って信号データｆ（ｔ）の信号処理を行った。図３２（ａ）は、外部刺激条件ｅ（ｔ）を示すグラフである。図３２（ｂ）は、図３２（ａ）の外部刺激条件ｅ（ｔ）の下で取得される１画素分の信号データｆ（ｔ）を示すグラフである。図３２（ｃ）は、図３２（ｂ）の信号データｆ（ｔ）から算出した、信号データｆ（ｔ）を補正するための補正データｇ（ｔ）を示すグラフである。図３２（ｄ）は、図３２（ｃ）の補正データｇ（ｔ）を用いて信号データｆ（ｔ）が補正された補正信号データｈ´（ｔ）を示すグラフである。図３２（ｅ）は、図３２（ｄ）の補正信号データｈ´（ｔ）からベースラインＢＬを差し引くことにより得られる補正信号データｈ（ｔ）を示すグラフである。
実施例１と同一のセンサ装置１Ａを作製した。センサ１０Ａに一定強度の凸曲げを一定時間付与した。時定数Ｔを１０秒として設定し、図２６の信号処理方法に従って信号データｆ（ｔ）の信号処理を行った。図３２（ａ）は、外部刺激条件ｅ（ｔ）を示すグラフである。図３２（ｂ）は、図３２（ａ）の外部刺激条件ｅ（ｔ）の下で取得される１画素分の信号データｆ（ｔ）を示すグラフである。図３２（ｃ）は、図３２（ｂ）の信号データｆ（ｔ）から算出した、信号データｆ（ｔ）を補正するための補正データｇ（ｔ）を示すグラフである。図３２（ｄ）は、図３２（ｃ）の補正データｇ（ｔ）を用いて信号データｆ（ｔ）が補正された補正信号データｈ´（ｔ）を示すグラフである。図３２（ｅ）は、図３２（ｄ）の補正信号データｈ´（ｔ）からベースラインＢＬを差し引くことにより得られる補正信号データｈ（ｔ）を示すグラフである。
【0164】
図３２（ａ）の外部刺激条件ｅ（ｔ）の外部刺激をセンサ１０Ａに付与すると、図３２（ｂ）の信号データｆ（ｔ）が得られ、図３２（ｂ）の信号データｆ（ｔ）の立ち上がりより所定時間前の補正開始時間ｔ０から信号データｆ（ｔ）を積分し時定数Ｔで割ることで、図３２（ｃ）の補正データｇ（ｔ）を得た。図３２（ｃ）の補正データｇ（ｔ）を信号データｆ（ｔ）に加算し、図３２（ｄ）の補正信号データｈ′（ｔ）が得られた。図３２（ｄ）の補正信号データｈ′（ｔ）からベースラインＢＬを差し引くことで、図３２（ｅ）の補正信号データｈ（ｔ）が得られた。図３２（ｅ）の補正信号データｈ（ｔ）は、図３２（ｂ）の信号データｆ（ｔ）よりも、図３２（ａ）の外部刺激条件ｅ（ｔ）が示す時間波形に近くなった。
【0165】
（実施例４）
実施例１とは異なる被刺激層を有する図２～図４のセンサ１０と、信号処理装置５とを備える、図８（ａ）のセンサ装置１を作製した。このセンサ１０に一定強度の圧力を１分間付与すると、信号データｆ（ｔ）の時定数Ｔは、８０秒～１４０秒のばらつきがあり、これらの中央値は１１０秒であった。そこで、中央値よりも大きい１２０秒を時定数Ｔとして設定し、図２６の信号処理方法に従って信号データｆ（ｔ）の信号処理を行った。このときの外部刺激条件ｅ（ｔ）は、図２５（ａ）の時間波形を示す。図２５（ａ）において、被刺激層３０の向きに応じて、外部刺激条件ｅ（ｔ）は負の時間変化を示している。
実施例１とは異なる被刺激層を有する図２～図４のセンサ１０と、信号処理装置５とを備える、図８（ａ）のセンサ装置１を作製した。このセンサ１０に一定強度の圧力を１分間付与すると、信号データｆ（ｔ）の時定数Ｔは、８０秒～１４０秒のばらつきがあり、これらの中央値は１１０秒であった。そこで、中央値よりも大きい１２０秒を時定数Ｔとして設定し、図２６の信号処理方法に従って信号データｆ（ｔ）の信号処理を行った。このときの外部刺激条件ｅ（ｔ）は、図２５（ａ）の時間波形を示す。図２５（ａ）において、被刺激層３０の向きに応じて、外部刺激条件ｅ（ｔ）は負の時間変化を示している。
【0166】
図２５（ａ）の外部刺激条件ｅ（ｔ）の形状の外部刺激をセンサ１０Ａに付与すると、図２５（ｂ）の信号データｆ（ｔ）が得られ、図２５（ｂ）の立ち下がりより所定時間前の補正開始時間ｔ０から信号データｆ（ｔ）を積分し時定数Ｔで割ることで、図２５（ｃ）の補正データｇ（ｔ）を得た。図２５（ｃ）の補正データｇ（ｔ）を信号データｆ（ｔ）に加算して、図２５（ｄ）の補正信号データｈ′（ｔ）が得られた。図２５（ｄ）の補正信号データｈ′（ｔ）からベースラインＢＬを差し引くことで、図２５（ｅ）の補正信号データｈ（ｔ）が得られた。図２５（ｅ）の補正信号データｈ（ｔ）は、図２５（ｂ）の信号データｆ（ｔ）よりも、図２５（ａ）の外部刺激条件ｅ（ｔ）が示す時間波形に近くなった。
【0167】
（実施例５）
実施例１と同一のセンサ装置１Ａを作製した。センサ１０Ａに一定強度の凸曲げを一定時間付与した。時定数Ｔを１０秒として設定し、図３０の信号処理方法に従って信号データｆ（ｔ）の信号処理を行った。図３３（ａ）は、外部刺激条件ｅ（ｔ）を示すグラフである。図３３（ｂ）は、図３３（ａ）の外部刺激条件ｅ（ｔ）の下で取得される１画素分の信号データｆ（ｔ）を示すグラフである。図３３（ｃ）は、図３３（ｂ）の信号データｆ（ｔ）から算出した、信号データｆ（ｔ）を補正するための補正データｇ（ｔ）を示すグラフである。図３３（ｄ）は、図３３（ｃ）の補正データｇ（ｔ）を用いて信号データｆ（ｔ）が補正された補正信号データｈ′（ｔ）を示すグラフである。図３３（ｅ）は、図３３（ｄ）の補正信号データｈ′（ｔ）からベースラインＢＬを差し引くことにより得られる補正信号データｈ（ｔ）を示すグラフである。
実施例１と同一のセンサ装置１Ａを作製した。センサ１０Ａに一定強度の凸曲げを一定時間付与した。時定数Ｔを１０秒として設定し、図３０の信号処理方法に従って信号データｆ（ｔ）の信号処理を行った。図３３（ａ）は、外部刺激条件ｅ（ｔ）を示すグラフである。図３３（ｂ）は、図３３（ａ）の外部刺激条件ｅ（ｔ）の下で取得される１画素分の信号データｆ（ｔ）を示すグラフである。図３３（ｃ）は、図３３（ｂ）の信号データｆ（ｔ）から算出した、信号データｆ（ｔ）を補正するための補正データｇ（ｔ）を示すグラフである。図３３（ｄ）は、図３３（ｃ）の補正データｇ（ｔ）を用いて信号データｆ（ｔ）が補正された補正信号データｈ′（ｔ）を示すグラフである。図３３（ｅ）は、図３３（ｄ）の補正信号データｈ′（ｔ）からベースラインＢＬを差し引くことにより得られる補正信号データｈ（ｔ）を示すグラフである。
【0168】
図３３（ａ）の外部刺激条件ｅ（ｔ）の形状の外部刺激をセンサ１０Ａに付与すると、図３３（ｂ）の信号データｆ（ｔ）が得られた。信号データｆ（ｔ）のデータがない時間帯は、立ち下がりの終了時間ｔ２より所定時間後の補正終了時間ｔ３から一定時間後の時間ｔ４までリセットをかけた期間である。図３３（ｂ）の立ち上がりより所定時間前の補正開始時間ｔ０から信号データｆ（ｔ）を積分して時定数Ｔで割ることで、図３３（ｃ）の補正データｇ（ｔ）を得た。補正は、図３３（ｂ）の立ち下がりより所定時間後の補正終了時間ｔ３まで行った。図３３（ｃ）の補正データｇ（ｔ）を信号データｆ（ｔ）に加算して、図３３（ｄ）の補正信号データｈ′（ｔ）が得られた。図３３（ｄ）の補正信号データｈ′（ｔ）からベースラインＢＬを差し引くことで、図３３（ｅ）の補正信号データｈ（ｔ）が得られた。図３３（ｅ）の補正信号データｈ（ｔ）は、図３３（ｂ）の信号データｆ（ｔ）よりも、図３３（ａ）の外部刺激条件ｅ（ｔ）が示す時間波形に近くなった。
【0169】
（実施例６）
実施例４と同一の被刺激層を有する図４～図７のセンサ１０Ａと、図９の信号処理装置５Ａとを備える、図８（ｂ）のセンサ装置１Ａを作製した。また、被刺激層３０の両側に電極を付けて静電容量Ｃ及び抵抗成分Ｒを測定した。静電容量ＣをＬＣＲメータで測定すると、１ｋＨｚにおいて静電容量Ｃは１０００ｐＦであった。抵抗成分Ｒを半導体パラメータアナライザで測定すると、抵抗成分Ｒは、７０ＧΩ～１２０ＧΩであった。この結果から、静電容量Ｃと抵抗成分Ｒとの積ＣＲは、７０秒～１２０秒となり、これらの最大値と最小値との平均値は、９５秒となった。そこで、時定数Ｔを１００秒として設定し、図２６の信号処理方法に従って信号データｆ（ｔ）の信号処理を行った。このときの外部刺激条件ｅ（ｔ）は、図２９（ａ）の時間波形を示す。図２９（ａ）において、被刺激層３０の向きに応じて、外部刺激条件ｅ（ｔ）は負の時間変化を示している。
実施例４と同一の被刺激層を有する図４～図７のセンサ１０Ａと、図９の信号処理装置５Ａとを備える、図８（ｂ）のセンサ装置１Ａを作製した。また、被刺激層３０の両側に電極を付けて静電容量Ｃ及び抵抗成分Ｒを測定した。静電容量ＣをＬＣＲメータで測定すると、１ｋＨｚにおいて静電容量Ｃは１０００ｐＦであった。抵抗成分Ｒを半導体パラメータアナライザで測定すると、抵抗成分Ｒは、７０ＧΩ～１２０ＧΩであった。この結果から、静電容量Ｃと抵抗成分Ｒとの積ＣＲは、７０秒～１２０秒となり、これらの最大値と最小値との平均値は、９５秒となった。そこで、時定数Ｔを１００秒として設定し、図２６の信号処理方法に従って信号データｆ（ｔ）の信号処理を行った。このときの外部刺激条件ｅ（ｔ）は、図２９（ａ）の時間波形を示す。図２９（ａ）において、被刺激層３０の向きに応じて、外部刺激条件ｅ（ｔ）は負の時間変化を示している。
【0170】
図２９（ａ）の外部刺激条件ｅ（ｔ）の形状の外部刺激をセンサ１０Ａに付与すると、図２９（ｂ）の信号データｆ（ｔ）が得られた。信号データｆ（ｔ）のデータがない時間帯は、立ち上がりの終了時間ｔ２より所定時間後の補正終了時間ｔ３から一定時間後の時間ｔ４までリセットをかけた期間である。図２９（ｂ）の立ち下がりより所定時間前の補正開始時間ｔ０から信号データｆ（ｔ）を積分し時定数Ｔで割ることで、図２９（ｃ）の補正データｇ（ｔ）を得た。補正は、図２９（ｂ）の立ち下がりより所定時間後の補正終了時間ｔ３まで行った。図２９（ｃ）の補正データｇ（ｔ）を信号データｆ（ｔ）に加算して、図２９（ｄ）の補正信号データｈ′（ｔ）が得られた。図２９（ｄ）の補正信号データｈ′（ｔ）からベースラインＢＬを差し引くことで、図２９（ｅ）の補正信号データｈ（ｔ）が得られた。図２９（ｅ）の補正信号データｈ（ｔ）は、図２９（ｂ）の信号データｆ（ｔ）よりも、図２９（ａ）の外部刺激条件ｅ（ｔ）が示す時間波形に近くなった。なお、補正データｇ（ｔ）、補正信号データｈ´（ｔ）、及び補正信号データｈ（ｔ）は、信号データｆ（ｔ）に対してわずかの時間（ｔ１－ｔ０）だけ遅れて計算され、直ちに表示されるので、観測時の支障は軽微であった。
【0171】
以下、本発明の要旨を示す。
[１] 外部刺激に伴って生じる電極の電位の変化に基づく信号を出力するセンサの前記信号を処理する信号処理装置であって、
前記信号の時系列データである信号データを取得する信号データ取得部と、
前記信号データを時間積分することにより得られる時間積分値を、前記信号データの一定割合の減衰にかかる時間を示す時定数で除することにより、前記信号データの減衰を補償するための補正データを算出する補正データ算出部と、
前記補正データを前記信号データに加算する補正を行うことにより、補正後の前記信号データである補正信号データを生成する補正信号データ生成部と、
を備える、信号処理装置。
[２] 予め取得された信号データから得られる時定数を、前記信号データの前記時定数として設定する時定数設定部を更に備える、[１]に記載の信号処理装置。
[３] 前記センサの前記電極と前記センサの対向電極との間が有する抵抗成分と、前記電極と前記センサの前記対向電極との間に生じる静電容量との積を、前記信号データの前記時定数として設定する時定数設定部を更に備える、[１]に記載の信号処理装置。
[４] 前記信号データに含まれる複数の信号値のうち、前記外部刺激に伴って生じる前記信号データの時間変化を示すための基準となる前記信号値をベースラインとして設定するベースライン設定部を更に備え、
前記補正データ算出部は、前記ベースラインが差し引かれた前記信号データを時間積分することにより、前記時間積分値を算出する、[１]～[３]のいずれかに記載の信号処理装置。
[５] 前記外部刺激に伴って生じる前記信号データの時間変化の開始時間を検出する変化検出部を更に備え、
前記ベースライン設定部は、前記開始時間よりも所定時間前の時間における前記信号値を、前記ベースラインとして設定する、[４]に記載の信号処理装置。
[６] 前記外部刺激に伴って生じる前記信号データの時間変化の開始時間を検出する変化検出部を更に備え、
前記補正信号データ生成部は、前記開始時間よりも所定時間前の時間以降の前記補正データを用いて、前記補正信号データを生成する、[１]～[５]のいずれかに記載の信号処理装置。
[７] 前記外部刺激に伴って生じる前記信号データの時間変化の終了時間を検出する変化検出部を更に備え、
前記補正信号データ生成部は、前記終了時間よりも所定時間後の時間以前の前記補正データを用いて、前記補正信号データを生成する、[１]～[６]のいずれかに記載の信号処理装置。
[８] 前記電極の電荷蓄積のリセットを制御するリセット制御部を更に備え、
前記リセット制御部は、前記終了時間よりも所定時間後の時間以降に前記電荷蓄積のリセットを実行させる、[７]に記載の信号処理装置。
[９] [１]～[８]のいずれかに記載の信号処理装置と、
前記電位の変化に基づく前記信号を出力する前記センサと、
を備える、センサ装置。
[１０] 外部刺激に伴って生じる電極の電位の変化に基づく信号を出力するセンサの前記信号を処理する信号処理方法であって、
前記信号の時系列データである信号データを取得するステップと、
前記信号データを時間積分することにより得られる時間積分値を、前記信号データの一定割合の減衰にかかる時間を示す時定数で除することにより、前記信号データの減衰を補償するための補正データを算出するステップと、
前記補正データを前記信号データに加算する補正を行うことにより、補正後の前記信号データである補正信号データを生成するステップと、
を備える、信号処理方法。
[１] 外部刺激に伴って生じる電極の電位の変化に基づく信号を出力するセンサの前記信号を処理する信号処理装置であって、
前記信号の時系列データである信号データを取得する信号データ取得部と、
前記信号データを時間積分することにより得られる時間積分値を、前記信号データの一定割合の減衰にかかる時間を示す時定数で除することにより、前記信号データの減衰を補償するための補正データを算出する補正データ算出部と、
前記補正データを前記信号データに加算する補正を行うことにより、補正後の前記信号データである補正信号データを生成する補正信号データ生成部と、
を備える、信号処理装置。
[２] 予め取得された信号データから得られる時定数を、前記信号データの前記時定数として設定する時定数設定部を更に備える、[１]に記載の信号処理装置。
[３] 前記センサの前記電極と前記センサの対向電極との間が有する抵抗成分と、前記電極と前記センサの前記対向電極との間に生じる静電容量との積を、前記信号データの前記時定数として設定する時定数設定部を更に備える、[１]に記載の信号処理装置。
[４] 前記信号データに含まれる複数の信号値のうち、前記外部刺激に伴って生じる前記信号データの時間変化を示すための基準となる前記信号値をベースラインとして設定するベースライン設定部を更に備え、
前記補正データ算出部は、前記ベースラインが差し引かれた前記信号データを時間積分することにより、前記時間積分値を算出する、[１]～[３]のいずれかに記載の信号処理装置。
[５] 前記外部刺激に伴って生じる前記信号データの時間変化の開始時間を検出する変化検出部を更に備え、
前記ベースライン設定部は、前記開始時間よりも所定時間前の時間における前記信号値を、前記ベースラインとして設定する、[４]に記載の信号処理装置。
[６] 前記外部刺激に伴って生じる前記信号データの時間変化の開始時間を検出する変化検出部を更に備え、
前記補正信号データ生成部は、前記開始時間よりも所定時間前の時間以降の前記補正データを用いて、前記補正信号データを生成する、[１]～[５]のいずれかに記載の信号処理装置。
[７] 前記外部刺激に伴って生じる前記信号データの時間変化の終了時間を検出する変化検出部を更に備え、
前記補正信号データ生成部は、前記終了時間よりも所定時間後の時間以前の前記補正データを用いて、前記補正信号データを生成する、[１]～[６]のいずれかに記載の信号処理装置。
[８] 前記電極の電荷蓄積のリセットを制御するリセット制御部を更に備え、
前記リセット制御部は、前記終了時間よりも所定時間後の時間以降に前記電荷蓄積のリセットを実行させる、[７]に記載の信号処理装置。
[９] [１]～[８]のいずれかに記載の信号処理装置と、
前記電位の変化に基づく前記信号を出力する前記センサと、
を備える、センサ装置。
[１０] 外部刺激に伴って生じる電極の電位の変化に基づく信号を出力するセンサの前記信号を処理する信号処理方法であって、
前記信号の時系列データである信号データを取得するステップと、
前記信号データを時間積分することにより得られる時間積分値を、前記信号データの一定割合の減衰にかかる時間を示す時定数で除することにより、前記信号データの減衰を補償するための補正データを算出するステップと、
前記補正データを前記信号データに加算する補正を行うことにより、補正後の前記信号データである補正信号データを生成するステップと、
を備える、信号処理方法。
【符号の説明】
【0172】
１，１Ａ…センサ装置、５，５Ａ…信号処理装置、１０，１０ａ，１０ｂ，１０Ａ…センサ、１２２…リセット制御部、１３１…信号データ取得部、１３２…時定数設定部、１３３…ベースライン設定部、１３４…変化検出部、１４１…補正信号データ生成部、１４２…補正データ算出部、ＢＬ…ベースライン、Ｃ…静電容量、Ｄ…信号、ｆ（ｔ）…信号データ、ｇ（ｔ）…補正データ、ｈ（ｔ）…補正信号データ、Ｒ…抵抗成分、Ｔ…時定数、ｔ１…開始時間、ｔ２…終了時間。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】