特許 7633006 検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-02-10

(45)【発行日】2025-02-19

(54)【発明の名称】検出装置

(51)【国際特許分類】

   H10F 39/12 20250101AFI20250212BHJP

   H10F 39/18 20250101ALI20250212BHJP

   H04N 25/70 20230101ALI20250212BHJP

【ＦＩ】

H10F39/12 D

H10F39/18 C

H04N25/70

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020126767

(22)【出願日】2020-07-27

(65)【公開番号】P2022023667

(43)【公開日】2022-02-08

【審査請求日】2023-05-29

(73)【特許権者】

【識別番号】502356528

【氏名又は名称】株式会社ジャパンディスプレイ

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】多胡 恵二

(72)【発明者】

【氏名】山本 哲也

(72)【発明者】

【氏名】秋山 賢一

【審査官】小山 満

(56)【参考文献】

【文献】特開平０６－０４５５６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１３９３９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０９３１２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１７７０７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１０４７３８８７（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２００８－００８７００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０１７９５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０３８２６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０１９９５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００８／０１２２９３３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】欧州特許出願公開第００５７６１４４（ＥＰ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／００３５７２９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２０／０３８４０８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／００３７９０２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００５／０１３３８７９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第０５５１４８８８（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許第０６６１８０８７（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】欧州特許出願公開第０１４７５９６３（ＥＰ，Ａ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ１０Ｆ ３９／１２

Ｈ１０Ｆ ３９／１８

Ｈ０４Ｎ ２５／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板に形成された一つの検出素子と、
前記一つの検出素子に設けられた一つのフォトダイオードと、
前記一つのフォトダイオードが有する複数の部分フォトダイオードと、
複数の前記部分フォトダイオードを覆う有機保護膜と、
前記一つの検出素子において、複数の前記部分フォトダイオードのそれぞれに重畳して設けられた複数のレンズと、
前記有機保護膜と複数の前記レンズとの間に設けられ、前記一つの検出素子において複数の前記部分フォトダイオードのそれぞれに重畳する領域に複数の第１開口が設けられた第１遮光層と、
前記第１遮光層と、複数の前記レンズとの間に設けられ、前記一つの検出素子において複数の前記部分フォトダイオード及び前記複数の第１開口のそれぞれに重畳する領域に複数の第２開口が設けられた第２遮光層と、
前記第１遮光層と前記第２遮光層との間に設けられた第１透光性樹脂層と、
前記第２遮光層と複数の前記レンズとの間に設けられた第２透光性樹脂層と、を有し、
前記第１遮光層は、前記有機保護膜の上に直接、接して設けられ、
前記一つの検出素子において、前記一つのフォトダイオードは、さらに、前記複数の部分フォトダイオードを連結する連結部を有し、
前記連結部の延在方向と直交する第１方向での幅は、前記複数の部分フォトダイオードのそれぞれの前記第１方向での幅よりも小さく、
前記複数の第１開口、及び、前記複数の第２開口は、前記連結部と重畳する領域に設けられない
検出装置。

【請求項2】

前記第１遮光層は金属材料から形成され、
前記第２遮光層は樹脂材料で形成され、
前記第１遮光層の厚さは、前記第２遮光層の厚さよりも薄い
請求項１に記載の検出装置。

【請求項3】

所定の波長帯域の光を遮光するフィルタ層を有し、
前記フィルタ層は、前記第１遮光層と前記第１透光性樹脂層との間に設けられ、前記第１開口を介して前記有機保護膜と接する
請求項２に記載の検出装置。

【請求項4】

所定の波長帯域の光を遮光するフィルタ層を有し、
前記フィルタ層は、前記第１透光性樹脂層と前記第２遮光層との間に設けられ、前記第２開口を介して前記第２透光性樹脂層と接する
請求項２に記載の検出装置。

【請求項5】

所定の波長帯域の光を遮光するフィルタ層を有し、
前記フィルタ層は、前記第２遮光層と前記第２透光性樹脂層との間に設けられ、前記第２開口を介して前記第１透光性樹脂層と接する
請求項２に記載の検出装置。

【請求項6】

所定の波長帯域の光を遮光するフィルタ層を有し、
前記フィルタ層は、前記第２透光性樹脂層の上に設けられ、
複数の前記レンズは、前記フィルタ層の上に直接、接して設けられる
請求項２に記載の検出装置。

【請求項7】

前記第２透光性樹脂層の厚さは、前記第１透光性樹脂層の厚さよりも薄い
請求項２から請求項６のいずれか１項に記載の検出装置。

【請求項8】

前記第１開口の幅は、前記第２開口の幅よりも小さく、
前記第２開口の幅は、前記レンズの幅よりも小さい
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の検出装置。

【請求項9】

前記第１遮光層の厚さは、前記第２遮光層の厚さの１０分の１以下である
請求項２に記載の検出装置。

【請求項10】

ガラス基板と、
前記ガラス基板上の検出領域に形成された一つの第１フォトダイオードを有する一つの第１検出素子と、一つの第２フォトダイオードを有する一つの第２検出素子と、
前記検出領域において、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードに重なり、複数の開口を有する遮光層と、を備え、
前記一つの第１フォトダイオードと前記一つの第２フォトダイオードは、それぞれ同数の複数の部分フォトダイオードを有し、
前記一つの第１フォトダイオードと前記一つの第２フォトダイオードのそれぞれに重なる複数のレンズをさらに備え、
前記一つの第１検出素子の前記一つの第１フォトダイオードにおいて前記複数の部分フォトダイオードに重なる前記複数の開口の数と、前記一つの第２検出素子の前記一つの第２フォトダイオードにおいて前記複数の部分フォトダイオードに重なる前記複数の開口の数は、それぞれ異なり、
前記一つの第１フォトダイオード及び前記一つの第２フォトダイオードの各々は、さらに、前記複数の部分フォトダイオードを連結する連結部を有し、
前記連結部の延在方向と直交する第１方向での幅は、前記複数の部分フォトダイオードのそれぞれの前記第１方向での幅よりも小さく、
前記複数の開口は、前記連結部と重畳する領域に設けられない
検出装置。

【請求項11】

複数の前記レンズが前記第１フォトダイオードと重なる数と、複数の前記レンズが前記第２フォトダイオードと重なる数は、それぞれ同数である
請求項１０に記載の検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、複数のレンズを配列したレンズアレイと、複数の光センサを配列した光センサアレイと、レンズアレイと光センサアレイとの間に設けられたピンホールアレイとを有する画像入力光学系について記載されている。特許文献２には、マイクロレンズと光センサとの間に、開口が設けられた遮光層を有する光学撮像装置について記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平９－１７１１５４号公報

【文献】米国特許出願公開第２０２０／００８９９２８号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このような検出装置では、斜め方向の光が他の光センサに入射する、いわゆるクロストークが発生する可能性がある。このため、画像のぼやけが生じる等、検出精度が低下する場合がある。また、特許文献１の画像入力光学系では、レンズと光センサとピンホールアレイとの位置関係の制約が大きいので、フォトダイオードの配置ピッチを小さくして検出の高精細化を図る場合、クロストークを抑制することが困難となる可能性がある。

【0005】

本発明は、検出精度を向上させることが可能な検出装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様の検出装置は、前記基板に形成された一つの検出素子と、前記検出素子に設けられた一つのフォトダイオードと、前記一つのフォトダイオードが有する複数の部分フォトダイオードと、複数の前記部分フォトダイオードを覆う有機保護膜と、複数の前記部分フォトダイオードのそれぞれに重畳して設けられた複数のレンズと、複数の前記有機保護膜と複数の前記レンズとの間に設けられ、複数の前記部分フォトダイオードのそれぞれに重畳する領域に第１開口が設けられた第１遮光層と、前記第１遮光層と、複数の前記レンズとの間に設けられ、複数の前記部分フォトダイオード及び複数の前記第１開口のそれぞれに重畳する領域に第２開口が設けられた第２遮光層と、前記第１遮光層と前記第２遮光層との間に設けられた第１透光性樹脂層と、前記第２遮光層と複数の前記レンズとの間に設けられた第２透光性樹脂層と、を有し、前記第１遮光層は、前記有機保護膜の上に直接、接して設けられる。

【0007】

本発明の一態様の検出装置は、ガラス基板と、前記ガラス基板上に形成された第１フォトダイオードを有する第１検出素子と、第２フォトダイオードを有する第２検出素子と、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードに重なり、複数の開口を有する遮光層と、を備え、前記第１検出素子に重なる複数の前記開口の数と、前記第２検出素子に重なる前記複数の開口の数は、それぞれ異なる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1A】図１Ａは、実施形態に係る検出装置を有する照明装置付き検出機器の概略断面構成を示す断面図である。

【図1B】図１Ｂは、変形例１に係る検出装置を有する照明装置付き検出機器の概略断面構成を示す断面図である。

【図1C】図１Ｃは、変形例２に係る検出装置を有する照明装置付き検出機器の概略断面構成を示す断面図である。

【図1D】図１Ｄは、変形例３に係る検出装置を有する照明装置付き検出機器の概略断面構成を示す断面図である。

【図2】図２は、実施形態に係る検出装置を示す平面図である。

【図3】図３は、実施形態に係る検出装置の構成例を示すブロック図である。

【図4】図４は、検出素子を示す回路図である。

【図5】図５は、実施形態に係る光フィルタを示す平面図である。

【図6】図６は、光フィルタを示す断面図である。

【図7】図７は、光フィルタに斜め方向の光が入射した場合の、光の進行を模式的に説明するための説明図である。

【図8】図８は、検出素子を示す平面図である。

【図9】図９は、図８のＩＸ－ＩＸ’断面図である。

【図10】図１０は、変形例４に係る光フィルタを示す断面図である。

【図11】図１１は、変形例５に係る光フィルタを示す断面図である。

【図12】図１２は、変形例６に係る光フィルタを示す断面図である。

【図13】図１３は、変形例７に係る光フィルタを示す平面図である。

【図14】図１４は、図１３のＸＩＶ－ＸＩＶ’断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

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

【0010】

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

【0011】

図１Ａは、実施形態に係る検出装置を有する照明装置付き検出機器の概略断面構成を示す断面図である。図１Ｂは、変形例１に係る検出装置を有する照明装置付き検出機器の概略断面構成を示す断面図である。図１Ｃは、変形例２に係る検出装置を有する照明装置付き検出機器の概略断面構成を示す断面図である。図１Ｄは、変形例３に係る検出装置を有する照明装置付き検出機器の概略断面構成を示す断面図である。

【0012】

図１Ａに示すように、照明装置付き検出機器１２０は、検出装置１と、照明装置１２１と、を有する。検出装置１は、センサ基板５と、光フィルタ７と、接着層１２５と、カバー部材１２２と、を有する。つまり、センサ基板５の表面に垂直な方向において、センサ基板５、光フィルタ７、接着層１２５、カバー部材１２２の順に積層されている。なお、後述するように検出装置１のカバー部材１２２を照明装置１２１に置き換えることもできる。接着層１２５は、光フィルタ７とカバー部材１２２とを接着させるものであればよく、検出領域ＡＡに相当する領域に接着層１２５は無い構造であっても構わない。検出領域ＡＡに接着層１２５が無い場合、検出領域ＡＡの外側の周辺領域ＧＡに相当する領域で接着層１２５がカバー部材１２２と光フィルタ７とを接着させている構造となる。また、検出領域ＡＡに設けられる接着層１２５は、単に光フィルタ７の保護層１２５と言い換えてもよい。

【0013】

図１Ａに示すように、照明装置１２１は、例えば、カバー部材１２２を検出装置１の検出領域ＡＡに対応する位置に設けられた導光板として用い、カバー部材１２２の一方端又は両端に並ぶ複数の光源１２３を有する、いわゆるサイドライト型のフロントライトであってもよい。つまり、カバー部材１２２は、光を照射する光照射面１２１ａを有し、照明装置１２１の一構成要素となっている。この照明装置１２１によれば、カバー部材１２２の光照射面１２１ａから検出対象である指Ｆｇに向けて光Ｌ１を照射する。光源として、例えば、所定の色の光を発する発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）が用いられる。

【0014】

また、図１Ｂに示すように、照明装置１２１は、検出装置１の検出領域ＡＡの直下に設けられた光源（例えば、ＬＥＤ）を有するものであってもよく、光源を備えた照明装置１２１はカバー部材１２２としても機能する。

【0015】

また、照明装置１２１は、図１Ｂの例に限らず、図１Ｃに示すように、カバー部材１２２の側方や上方に設けられていてもよく、指Ｆｇの側方や上方から指Ｆｇに光Ｌ１を照射してもよい。

【0016】

さらには、図１Ｄに示すように、照明装置１２１は、検出装置１の検出領域に設けられた光源（例えば、ＬＥＤ）を有する、いわゆる直下型のバックライトであってもよい。

【0017】

照明装置１２１から照射された光Ｌ１は、検出対象である指Ｆｇにより光Ｌ２として反射される。検出装置１は、指Ｆｇで反射された光Ｌ２を検出することで、指Ｆｇの表面の凹凸（例えば、指紋）を検出する。さらに、検出装置１は、指紋の検出に加え、指Ｆｇの内部で反射した光Ｌ２を検出することで、生体に関する情報を検出してもよい。生体に関する情報は、例えば、静脈等の血管像や脈拍、脈波等である。照明装置１２１からの光Ｌ１の色は、検出対象に応じて異ならせてもよい。

【0018】

カバー部材１２２は、センサ基板５及び光フィルタ７を保護するための部材であり、センサ基板５及び光フィルタ７を覆っている。上述のように、照明装置１２１がカバー部材１２２を兼ねる構造でもよい。図１Ｃ及び図１Ｄに示すカバー部材１２２が照明装置１２１と分離されている構造においては、カバー部材１２２は、例えばガラス基板である。なお、カバー部材１２２はガラス基板に限定されず、樹脂基板等であってもよい。また、カバー部材１２２が設けられていなくてもよい。この場合、センサ基板５及び光フィルタ７の表面に絶縁膜等の保護層が設けられ、指Ｆｇは検出装置１の保護層に接する。

【0019】

照明装置付き検出機器１２０は、図１Ｂに示すように、照明装置１２１に換えて表示パネルが設けられていてもよい。表示パネルは、例えば、有機ＥＬディスプレイパネル（ＯＬＥＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）や無機ＥＬディスプレイ（マイクロＬＥＤ、ミニＬＥＤ）であってもよい。或いは、表示パネルは、表示素子として液晶素子を用いた液晶表示パネル（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）や、表示素子として電気泳動素子を用いた電気泳動型表示パネル（ＥＰＤ：Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ Ｄｉｓｐｌａｙ）であってもよい。この場合であっても、表示パネルから照射された表示光（光Ｌ１）が指Ｆｇで反射された光Ｌ２に基づいて、指Ｆｇの指紋や生体に関する情報を検出することができる。

【0020】

図２は、実施形態に係る検出装置を示す平面図である。なお、図２以下で示す、第１方向Ｄｘは、基板２１と平行な面内の一方向である。第２方向Ｄｙは、基板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。第３方向Ｄｚは、第１方向Ｄｘ及び第２方向Ｄｙと直交する方向であり、基板２１の法線方向である。

【0021】

図２に示すように、検出装置１は、アレイ基板２（基板２１）と、センサ部１０と、走査線駆動回路１５と、信号線選択回路１６と、検出回路４８と、制御回路１０２と、電源回路１０３と、を有する。

【0022】

基板２１には、配線基板１１０を介して制御基板１０１が電気的に接続される。配線基板１１０は、例えば、フレキシブルプリント基板やリジット基板である。配線基板１１０には、検出回路４８が設けられている。制御基板１０１には、制御回路１０２及び電源回路１０３が設けられている。制御回路１０２は、例えばＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）である。制御回路１０２は、センサ部１０、走査線駆動回路１５及び信号線選択回路１６に制御信号を供給し、センサ部１０の動作を制御する。電源回路１０３は、電源電位ＶＤＤや基準電位ＶＣＯＭ（図４参照）等の電圧信号をセンサ部１０、走査線駆動回路１５及び信号線選択回路１６に供給する。なお、本実施形態においては、検出回路４８が配線基板１１０に配置される場合を例示したがこれに限られない。検出回路４８は、基板２１の上に配置されてもよい。

【0023】

基板２１は、検出領域ＡＡと、周辺領域ＧＡとを有する。検出領域ＡＡ及び周辺領域ＧＡは、基板２１と平行な面方向に延在している。検出領域ＡＡ内には、センサ部１０の各素子（検出素子３）が設けられている。周辺領域ＧＡは、検出領域ＡＡの外側の領域であり、各素子（検出素子３）が設けられない領域である。すなわち、周辺領域ＧＡは、検出領域ＡＡの外周と基板２１の外縁部との間の領域である。周辺領域ＧＡ内には、走査線駆動回路１５及び信号線選択回路１６が設けられる。走査線駆動回路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。

【0024】

センサ部１０の複数の検出素子３は、それぞれ、センサ素子としてフォトダイオード３０を有する光センサである。フォトダイオード３０は、光電変換素子であり、それぞれに照射される光に応じた電気信号を出力する。より具体的には、フォトダイオード３０は、ＰＩＮ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｎｅｇａｔｉｖｅ）フォトダイオードである。また、フォトダイオード３０はＯＰＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）と言い換えてもよい。検出素子３は、検出領域ＡＡにマトリクス状に配列される。複数の検出素子３が有するフォトダイオード３０は、走査線駆動回路１５から供給されるゲート駆動信号（例えば、リセット制御信号ＲＳＴ、読出制御信号ＲＤ）に従って検出を行う。複数のフォトダイオード３０は、それぞれに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。検出装置１は、複数のフォトダイオード３０からの検出信号Ｖｄｅｔに基づいて生体に関する情報を検出する。

【0025】

図３は、実施形態に係る検出装置の構成例を示すブロック図である。図３に示すように、検出装置１は、さらに検出制御回路１１と検出部４０と、を有する。検出制御回路１１の機能の一部又は全部は、制御回路１０２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１０２に含まれる。

【0026】

検出制御回路１１は、走査線駆動回路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。検出制御回路１１は、スタート信号ＳＴＶ、クロック信号ＣＫ等の各種制御信号を走査線駆動回路１５に供給する。また、検出制御回路１１は、選択信号ＡＳＷ等の各種制御信号を信号線選択回路１６に供給する。

【0027】

走査線駆動回路１５は、各種制御信号に基づいて複数の走査線（読出制御走査線ＧＬｒｄ、リセット制御走査線ＧＬｒｓｔ（図４参照））を駆動する回路である。走査線駆動回路１５は、複数の走査線を順次又は同時に選択し、選択された走査線にゲート駆動信号（例えば、リセット制御信号ＲＳＴ、読出制御信号ＲＤ）を供給する。これにより、走査線駆動回路１５は、走査線に接続された複数のフォトダイオード３０を選択する。

【0028】

信号線選択回路１６は、複数の出力信号線ＳＬ（図４参照）を順次又は同時に選択するスイッチ回路である。信号線選択回路１６は、例えばマルチプレクサである。信号線選択回路１６は、検出制御回路１１から供給される選択信号ＡＳＷに基づいて、選択された出力信号線ＳＬと検出回路４８とを接続する。これにより、信号線選択回路１６は、フォトダイオード３０の検出信号Ｖｄｅｔを検出部４０に出力する。

【0029】

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

【0030】

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

【0031】

信号処理回路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。信号処理回路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、信号処理回路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してもよい。生体に関する情報は、例えば、指Ｆｇや掌の血管像、脈波、脈拍、血中酸素飽和度等である。

【0032】

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

【0033】

座標抽出回路４５は、信号処理回路４４において指Ｆｇの接触又は近接が検出されたときに、指Ｆｇ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、座標抽出回路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。座標抽出回路４５は、センサ部１０の各検出素子３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を生成する。なお、座標抽出回路４５は、検出座標を算出せずにセンサ出力Ｖｏとして検出信号Ｖｄｅｔを出力してもよい。

【0034】

次に、検出装置１の回路構成例について説明する。図４は、検出素子を示す回路図である。図４に示すように、検出素子３は、フォトダイオード３０、リセットトランジスタＭｒｓｔ、読出トランジスタＭｒｄ及びソースフォロワトランジスタＭｓｆを有する。リセットトランジスタＭｒｓｔ、読出トランジスタＭｒｄ及びソースフォロワトランジスタＭｓｆは、１つのフォトダイオード３０に対応して設けられる。リセットトランジスタＭｒｓｔ、読出トランジスタＭｒｄ及びソースフォロワトランジスタＭｓｆは、それぞれｎ型ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）で構成される。ただし、これに限定されず、各トランジスタは、それぞれｐ型ＴＦＴで構成されてもよい。

【0035】

フォトダイオード３０のアノードには、基準電位ＶＣＯＭが印加される。フォトダイオード３０のカソードは、ノードＮ１に接続される。ノードＮ１は、容量素子Ｃｓ、リセットトランジスタＭｒｓｔのソース又はドレインの一方及びソースフォロワトランジスタＭｓｆのゲートに接続される。さらにノードＮ１には、寄生容量Ｃｐが存在する。フォトダイオード３０に光が入射した場合、フォトダイオード３０から出力された信号（電荷）は、容量素子Ｃｓに蓄積される。ここで、容量素子Ｃｓは、例えば、フォトダイオード３０に接続された上部導電層３４と下部導電層３５（図９参照）との間に形成される容量である。寄生容量Ｃｐは、容量素子Ｃｓに付加された容量であり、アレイ基板２に設けられた各種配線、電極間に形成される容量である。

【0036】

リセットトランジスタＭｒｓｔのゲートは、リセット制御走査線ＧＬｒｓｔに接続される。リセットトランジスタＭｒｓｔのソース又はドレインの他方には、リセット電位Ｖｒｓｔが供給される。リセットトランジスタＭｒｓｔがリセット制御信号ＲＳＴに応答してオン（導通状態）になると、ノードＮ１の電位がリセット電位Ｖｒｓｔにリセットされる。基準電位ＶＣＯＭは、リセット電位Ｖｒｓｔよりも低い電位を有しており、フォトダイオード３０は、逆バイアス駆動される。

【0037】

ソースフォロワトランジスタＭｓｆは、電源電位ＶＤＤが供給される端子と読出トランジスタＭｒｄ（ノードＮ２）との間に接続される。ソースフォロワトランジスタＭｓｆのゲートは、ノードＮ１に接続される。ソースフォロワトランジスタＭｓｆのゲートには、フォトダイオード３０で発生した信号（電荷）が供給される。これにより、ソースフォロワトランジスタＭｓｆは、フォトダイオード３０で発生した信号（電荷）に応じた電圧信号を読出トランジスタＭｒｄに出力する。

【0038】

読出トランジスタＭｒｄは、ソースフォロワトランジスタＭｓｆのソース（ノードＮ２）と出力信号線ＳＬ（ノードＮ３）との間に接続される。読出トランジスタＭｒｄのゲートは、読出制御走査線ＧＬｒｄに接続される。読出トランジスタＭｒｄが読出制御信号ＲＤに応答してオンになると、ソースフォロワトランジスタＭｓｆから出力される信号、すなわち、フォトダイオード３０で発生した信号（電荷）に応じた電圧信号が、検出信号Ｖｄｅｔとして出力信号線ＳＬに出力される。

【0039】

なお、図４に示す例では、リセットトランジスタＭｒｓｔ及び読出トランジスタＭｒｄは、それぞれ、２つのトランジスタが直列に接続されて構成されたいわゆるダブルゲート構造である。ただし、これに限定されず、リセットトランジスタＭｒｓｔ及び読出トランジスタＭｒｄは、シングルゲート構造でもよく、３つ以上のトランジスタが直列に接続されたマルチゲート構造でもよい。また、１つの検出素子３の回路は、リセットトランジスタＭｒｓｔ、ソースフォロワトランジスタＭｓｆ及び読出トランジスタＭｒｄの３つのトランジスタを有する構成に限定されない。検出素子３は、２つ、又は、４つ以上のトランジスタを有していてもよい。

【0040】

次に、検出素子３及び光フィルタ７の詳細な構成について説明する。図５は、実施形態に係る光フィルタを示す平面図である。光フィルタ７は、指Ｆｇ等の被検出体で反射された光Ｌ２のうち、第３方向Ｄｚに進行する成分をフォトダイオード３０に向けて透過させ、斜め方向に進行する成分を遮蔽する光学素子である。光フィルタ７は、コリメートアパーチャ、あるいは、コリメータとも呼ばれる。

【0041】

図５に示すように、光フィルタ７は、マトリクス状に配列された複数の検出素子３（フォトダイオード３０）を覆って設けられる。光フィルタ７は、複数の検出素子３を覆う第１透光性樹脂層７４及び第２透光性樹脂層７５と、複数の検出素子３のそれぞれに設けられた複数のレンズ７８を有する。１つの検出素子３に対して複数のレンズ７８が配置される。図５に示す例では、１つの検出素子３に、レンズ７８－１、７８－２、・・・、７８－８の８個のレンズ７８が設けられる。複数のレンズ７８－１、７８－２、・・・、７８－８は、三角格子状に配置される。また、後述するように、１つの検出素子３は、複数の検出領域（部分フォトダイオード３０Ｓ）を有し、１つの検出素子３における複数の検出領域それぞれにレンズ７８が対応する構造となる。

【0042】

ただし、１つの検出素子３に配置される複数のレンズ７８の数は、複数の検出領域の数に合わせ、７個以下でもよいし、９個以上でもよい。複数のレンズ７８の配置も、フォトダイオード３０の構成に応じて適宜変更できる。

【0043】

図６は、光フィルタを示す断面図である。図６は、図５のＶＩ－ＶＩ’断面図である。なお、図６では、センサ基板５の構成を簡略化して示しており、フォトダイオード３０（部分フォトダイオード３０Ｓ－１）と、フォトダイオード３０を覆う保護膜２９と、を模式的に示している。

【0044】

図６に示すように、光フィルタ７は、第１遮光層７１と、第２遮光層７２と、フィルタ層７３と、第１透光性樹脂層７４と、第２透光性樹脂層７５と、レンズ７８と、を有する。本実施形態では、保護膜２９の上に、第１遮光層７１、フィルタ層７３、第１透光性樹脂層７４、第２遮光層７２、第２透光性樹脂層７５、レンズ７８の順に積層されている。

【0045】

レンズ７８は、１つのフォトダイオード３０の部分フォトダイオード３０Ｓ－１に重畳する領域に設けられる。レンズ７８は、凸レンズである。レンズ７８の光軸ＣＬは、第３方向Ｄｚと平行方向に設けられ、部分フォトダイオード３０Ｓ－１と交差する。レンズ７８は、第２透光性樹脂層７５の上に直接接して設けられる。また、本実施形態では、隣接するレンズ７８の間では、第２透光性樹脂層７５の上に遮光層等が設けられていない。

【0046】

第１遮光層７１は、センサ基板５の保護膜２９の上に直接、接して設けられる。言い換えると、第１遮光層７１は、第３方向Ｄｚでフォトダイオード３０とレンズ７８との間に設けられる。また、第１遮光層７１には、フォトダイオード３０に重畳する領域に第１開口ＯＰ１が設けられる。第１開口ＯＰ１は、光軸ＣＬと重なる領域に形成される。

【0047】

第１遮光層７１はセンサ基板５の保護膜２９上に直接、接して設けられる。第１遮光層７１は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）等の金属材料で形成されている。これにより、第１遮光層７１は、第１開口ＯＰ１を透過する光Ｌ２以外の、斜め方向に進行する光Ｌ２の成分を反射することができる。また、第１遮光層７１が金属材料で形成されているので、第１開口ＯＰ１の第１方向Ｄｘでの幅Ｗ１（直径）を精度よく形成することができる。したがって、フォトダイオード３０の配置ピッチや面積が小さい場合でも、フォトダイオード３０に対応させて第１開口ＯＰ１を設けることができる。

【0048】

第１遮光層７１は、センサ基板５の保護膜２９上にスパッタなどで堆積された金属材料に第１開口ＯＰ１を形成する加工が施されるものであり、いわゆる外付けの光フィルタをセンサ基板５の保護膜２９上に貼り合わせるものとは異なる。外付け光フィルタをセンサ基板５に貼り合わせることは、特に本実施形態の第１遮光層７１の第１開口ＯＰ１に相当する遮光層の小さな開口と部分フォトダイオード３０Ｓ－１との位置合わせの難易度が高い。一方、本実施形態の光フィルタ７はセンサ基板５の保護膜２９上に直接形成していくものであるため、外付けの光フィルタを貼り合わせるよりも精度よく第１開口ＯＰ１を部分フォトダイオード３０Ｓ－１上に設けることが可能となる。

【0049】

さらに第１遮光層７１は、後述する樹脂材料で形成される第２遮光層７２と異なり金属材料により形成されるものであるため、第２遮光層７２よりも薄く形成することができ、第２遮光層７２に形成される第２開口ＯＰ２よりも小さな第１開口ＯＰ１を形成することができる。第１遮光層７１の厚さは、第２遮光層７２の厚さの１０分の１以下である。一例として、第１遮光層７１の厚さは、０．０５５μｍ以上であり、例えば０．０６５μｍであり、第２遮光層の厚さは例えば１μｍである。第１遮光層７１は第２遮光層７２の厚さに比べ極めて薄く形成されることになる。

【0050】

フィルタ層７３は、第１遮光層７１の上に直接、接して設けられる。言い換えると、フィルタ層７３は、第３方向Ｄｚで、第１遮光層７１と第１透光性樹脂層７４との間に設けられる。フィルタ層７３は、第１開口ＯＰ１と重畳する領域も覆っており、第１開口ＯＰ１を介してセンサ基板５の保護膜２９と接する。フィルタ層７３は、所定の波長帯域の光を遮光するフィルタである。フィルタ層７３は、例えば、緑色に着色された樹脂材料で形成され、赤外線を遮光するＩＲカットフィルタである。これにより、光フィルタ７は、光Ｌ２のうち、例えば指紋検出に必要な波長帯域の成分をフォトダイオード３０に入射させて、検出感度を向上させることができる。

【0051】

第１透光性樹脂層７４は、フィルタ層７３の上に直接、接して設けられる。言い換えると、第１透光性樹脂層７４は、第３方向Ｄｚで、第１遮光層７１と第２遮光層７２との間に設けられる。第１透光性樹脂層７４及び第２透光性樹脂層７５は、例えば透光性のアクリル系樹脂で形成される。

【0052】

第２遮光層７２は、第１透光性樹脂層７４の上に直接、接して設けられる。言い換えると、第２遮光層７２は、第３方向Ｄｚで第１遮光層７１と、レンズ７８との間に設けられる。また、第２遮光層７２には、フォトダイオード３０及び第１開口ＯＰ１に重畳する領域に第２開口ＯＰ２が設けられる。第２開口ＯＰ２は、光軸ＣＬと重なる領域に形成される。より好ましくは、第２開口ＯＰ２の中心及び第１開口ＯＰ１の中心は、光軸ＣＬと重なって設けられる。

【0053】

第２遮光層７２は、例えば黒色に着色された樹脂材料で形成される。これにより、第２遮光層７２は、第２開口ＯＰ２を透過する光Ｌ２以外の、斜め方向に進行する光Ｌ２の成分を吸収する光吸収層として機能する。また、第２遮光層７２は、第１遮光層７１で反射された光を吸収する。これにより、第２遮光層７２が金属材料で形成された構成に比べて、第１遮光層７１で反射された光が、複数回反射を繰り返して迷光として第１透光性樹脂層７４を進行し、他のフォトダイオード３０に入射することを抑制できる。また、第２遮光層７２は、隣接するレンズ７８の間から入射した外光を吸収することができる。これにより、第２遮光層７２が金属材料で形成された構成に比べて、第２遮光層７２での反射光を抑制できる。ただし、第２遮光層７２は、黒色に着色された樹脂材料により形成される例に限らず、表面に黒色化処理された金属材料により形成されるものであってもよい。

【0054】

第２透光性樹脂層７５は、第２遮光層７２の上に直接、接して設けられる。言い換えると、第２透光性樹脂層７５は、第２遮光層７２とレンズ７８との間に設けられる。また、第２透光性樹脂層７５は、第２開口ＯＰ２と重畳する領域も覆っており、第２開口ＯＰ２を介して第１透光性樹脂層７４と接する。

【0055】

第２透光性樹脂層７５は、第１透光性樹脂層７４と同じ材料が用いられ、第２透光性樹脂層７５の屈折率は、第１透光性樹脂層７４の屈折率と実質的に等しい。これにより、第２開口ＯＰ２での、第１透光性樹脂層７４と第２透光性樹脂層７５との界面での光Ｌ２の反射を抑制することができる。ただしこれに限定されず、第１透光性樹脂層７４と第２透光性樹脂層７５とは異なる材料で形成されていてもよく、第１透光性樹脂層７４の屈折率と第２透光性樹脂層７５の屈折率とが異なっていてもよい。

【0056】

本実施形態では、レンズ７８の第１方向Ｄｘでの幅Ｗ３（径）、第２開口ＯＰ２の第１方向Ｄｘでの幅Ｗ２（径）、第１開口ＯＰ１の第１方向Ｄｘでの幅Ｗ１（径）の順に小さくなっている。また、第１開口ＯＰ１の第１方向Ｄｘでの幅Ｗ１は、フォトダイオード３０の部分フォトダイオード３０Ｓ－１の第１方向Ｄｘでの幅よりも小さい。幅Ｗ１は、２μｍ以上、１０μｍ以下、例えば３．５μｍ程度である。幅Ｗ２は、３μｍ以上、２０μｍ以下、例えば１０．０μｍ程度である。幅Ｗ３は、１０μｍ以上、５０μｍ以下、例えば２１．９μｍ程度である。

【0057】

また、図６に示す第２透光性樹脂層７５の厚さｔ２は、第１透光性樹脂層７４の厚さｔ１とほぼ同じか、あるいは第１透光性樹脂層７４の厚さｔ１よりも薄くよりも厚く形成される。第１透光性樹脂層７４の厚さｔ１及び第２透光性樹脂層７５の厚さｔ２は、フィルタ層７３の厚さｔ４よりも厚く形成される。また、第１透光性樹脂層７４の厚さｔ１及び第２透光性樹脂層７５の厚さｔ２は、センサ基板５の保護膜２９の厚さｔ３よりも厚い。厚さｔ１及び厚さｔ２は、３μｍ以上、３０μｍ以下、例えば厚さｔ１は１８μｍ程度である。厚さｔ２は、例えば１６．５μｍ程度である。厚さｔ３は、１μｍ以上、１０μｍ以下、例えば４．５μｍ以上である。また、一例としてのフィルタ層７３の厚さｔ４は、１μｍ以上、５μｍ以下、例えば１．３５μｍである。

【0058】

このような構成により、指Ｆｇ等の被検出体で反射された光Ｌ２のうち、第３方向Ｄｚに進行する光Ｌ２－１は、レンズ７８で集光され、第２開口ＯＰ２及び第１開口ＯＰ１を透過して、フォトダイオード３０に入射する。また、第３方向Ｄｚに対して角度θ１だけ傾斜した光Ｌ２－２についても、第２開口ＯＰ２及び第１開口ＯＰ１を透過して、フォトダイオード３０に入射する。

【0059】

図７は、光フィルタに斜め方向の光が入射した場合の、光の進行を模式的に説明するための説明図である。図７では、隣り合う２つのレンズ７８－１、７８－６の断面構造を模式的に示しており、レンズ７８－１、７８－６は、それぞれ、フォトダイオード３０の部分フォトダイオード３０Ｓ－１、３０Ｓ－６と重畳する位置に設けられる。また、図７は、光フィルタ７に、第３方向Ｄｚに対して斜め方向に傾斜した方向に進行する光Ｌ２が入射した場合を示す。図７に示す例では、光Ｌ２と第３方向Ｄｚとが成す角度θ２は、６５°である。

【0060】

図７に示すように、レンズ７８－１、７８－６に斜め方向に入射した光Ｌ２は、それぞれ光Ｌ２－３、Ｌ２－５として集光され、第２遮光層７２で遮光される。また、隣り合うレンズ７８の間の第２透光性樹脂層７５に入射した光Ｌ２は、第２透光性樹脂層７５の上面で屈折して光Ｌ２－４として第２透光性樹脂層７５内を進行する。光Ｌ２－４の一部は、第２遮光層７２で遮光される。また、第２開口ＯＰ２を透過した光Ｌ２－４の成分は、第１遮光層７１で遮光される。

【0061】

このように、光フィルタ７は、第１遮光層７１及び第２遮光層７２を設けることにより、１層の遮光層のみで形成されている場合（例えば、図７において、第２遮光層７２が設けられず、第１遮光層７１のみで形成されている場合）に比べて、斜め方向から入射する光Ｌ２を効果的に遮光して、いわゆるクロストークが発生することを抑制することができる。

【0062】

また第１遮光層７１及び第２遮光層７２を設けた場合であっても、第３方向Ｄｚに平行な方向に入射する光Ｌ２に対しては、第１遮光層７１及び第２遮光層７２により遮光されることを抑制して効率よく部分フォトダイオード３０Ｓに入射できる。以上のように、検出装置１は、クロストークの発生を抑制して、検出精度を向上させることが可能である。

【0063】

また、図６に示すように、第２開口ＯＰ２の幅Ｗ２が第１開口ＯＰ１の幅Ｗ１よりも大きく、厚さｔ２が厚さｔ１とほぼ同じかもしくは薄く形成される。ここで、仮に厚さｔ２が厚さｔ１よりも厚く形成された場合、第２遮光層７２は第３方向Ｄｚでレンズ７８に遠い位置に配置される。このため、図５に示すように１つのフォトダイオード３０が部分フォトダイオード３０Ｓを有し、部分フォトダイオード３０Ｓのそれぞれに開口ＯＰ２を設けた構造において、第２透光性樹脂層７５の膜厚が厚いほど、レンズ７８を透過して進行する斜め方向の光Ｌ２を、第２遮光層７２は、十分に遮光することができない可能性がある。このことは、１つの検出素子３に配置される複数のレンズ７８が密になればなるほど顕著となる。本実施形態では、厚さｔ２が厚さｔ１よりも薄く形成されているので、第３方向Ｄｚに平行な方向に進行する光Ｌ２をフォトダイオード３０に入射させるとともに、斜め方向の光Ｌ２を効果的に遮光することができる。

【0064】

また、図６に示す例に限らず、第２遮光層７２は第１遮光層７１よりも厚く形成されるものであってもよい。第２遮光層７２の膜厚については第２開口ＯＰ２の幅Ｗ２を含め光フィルタ７に求められる特性に合わせて適宜変更可能である。第２透光性樹脂層７５の厚さｔ２は、光フィルタ７に求められる特性に合わせて適宜変更可能である。

【0065】

なお、入射する光の角度によっては、第２開口ＯＰ２及び第１開口ＯＰ１の両方を透過してフォトダイオード３０に達する可能性がある。この場合であっても、上述した構成により、斜め方向に入射する光は、第３方向Ｄｚに平行な方向に入射する光Ｌ２の光量に比べてきわめて小さい光量に抑制される。

【0066】

また、光フィルタ７は、センサ基板５と一体に形成されている。すなわち、光フィルタ７の第１遮光層７１は、保護膜２９の上に直接、接して設けられており、第１遮光層７１と保護膜２９との間に粘着層等の部材が設けられていない。光フィルタ７は、センサ基板５上に直接、成膜され、パターニング等の工程が施されて形成されるので、光フィルタ７を別体でセンサ基板５に貼り合わせた場合に比べて、光フィルタ７の第１開口ＯＰ１、第２開口ＯＰ２及びレンズ７８と、フォトダイオード３０との位置精度を向上させることができる。

【0067】

図８は、検出素子を示す平面図である。なお、図８では、図面を見やすくするために、検出素子３が有する複数のトランジスタ及び走査線、信号線等の各種配線を省略して示す。１つの検出素子３は、例えば、複数の走査線と、複数の信号線とで囲まれた領域で規定される。

【0068】

図８に示すように、フォトダイオード３０は、複数の部分フォトダイオード３０Ｓ－１、３０Ｓ－２、・・・、３０Ｓ－８を有する。部分フォトダイオード３０Ｓ－１、３０Ｓ－２、・・・、３０Ｓ－８は、三角格子状に配置される。部分フォトダイオード３０Ｓ－１、３０Ｓ－２、・・・、３０Ｓ－８のそれぞれに重畳して、図５に示すレンズ７８－１、７８－２、・・・、７８－８、第１遮光層７１の第１開口ＯＰ１及び第２遮光層７２の第２開口ＯＰ２が設けられる。

【0069】

より具体的には、部分フォトダイオード３０Ｓ－１、３０Ｓ－２、３０Ｓ－３は、第２方向Ｄｙに配列される。部分フォトダイオード３０Ｓ－４、３０Ｓ－５は、第２方向Ｄｙに配列され、部分フォトダイオード３０Ｓ－１、３０Ｓ－２、３０Ｓ－３で構成される素子列と第１方向Ｄｘに隣り合う。部分フォトダイオード３０Ｓ－６、３０Ｓ－７、３０Ｓ－８は、第２方向Ｄｙに配列され、部分フォトダイオード３０Ｓ－４、３０Ｓ－５で構成される素子列と第１方向Ｄｘに隣り合う。隣接する素子列間で、部分フォトダイオード３０Ｓの第２方向Ｄｙでの位置が、互い違いに配置される。

【0070】

部分フォトダイオード３０Ｓ－１、３０Ｓ－２、・・・、３０Ｓ－８には、それぞれ、レンズ７８－１、７８－２、・・・、７８－８から光Ｌ２が入射する。部分フォトダイオード３０Ｓ－１、３０Ｓ－２、・・・、３０Ｓ－８は、電気的に接続され、１つのフォトダイオード３０として機能する。つまり、部分フォトダイオード３０Ｓ－１、３０Ｓ－２、・・・、３０Ｓ－８のそれぞれが出力する信号が統合されて、フォトダイオード３０から１つの検出信号Ｖｄｅｔが出力される。なお以下の説明では、部分フォトダイオード３０Ｓ－１、３０Ｓ－２、・・・、３０Ｓ－８を区別して説明する必要が無い場合には、単に部分フォトダイオード３０Ｓと表す。

【0071】

部分フォトダイオード３０Ｓは、それぞれｉ型半導体層３１、ｎ型半導体層３２及びｐ型半導体層３３を含む。ｉ型半導体層３１及びｎ型半導体層３２は、例えば、アモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）である。ｐ型半導体層３３は、例えば、ポリシリコン（ｐ－Ｓｉ）である。なお、半導体層の材料は、これに限定されず、ポリシリコン、微結晶シリコン等であってもよい。

【0072】

ｎ型半導体層３２は、ａ－Ｓｉに不純物がドープされてｎ＋領域を形成する。ｐ型半導体層３３は、ｐ－Ｓｉに不純物がドープされてｐ＋領域を形成する。ｉ型半導体層３１は、例えば、ノンドープの真性半導体であり、ｎ型半導体層３２及びｐ型半導体層３３よりも低い導電性を有する。

【0073】

また、図８では、ｐ型半導体層３３とｉ型半導体層３１（ｎ型半導体層３２）とが接続された実効的なセンサ領域３７を一点鎖線で示している。第１遮光層７１の第１開口ＯＰ１は、センサ領域３７と重畳して設けられる。

【0074】

部分フォトダイオード３０Ｓは、平面視で、それぞれ異なる形状を有する。部分フォトダイオード３０Ｓ－１、３０Ｓ－２、３０Ｓ－３は、それぞれ、多角形状で形成される。また、部分フォトダイオード３０Ｓ－４、３０Ｓ－５、３０Ｓ－６、３０Ｓ－７、３０Ｓ－８は、それぞれ、円形状又は半円形状で形成される。

【0075】

第２方向Ｄｙに配列された部分フォトダイオード３０Ｓ－１、３０Ｓ－２、３０Ｓ－３のｎ型半導体層３２は、連結部ＣＮ１－１、ＣＮ１－２により電気的に接続される。部分フォトダイオード３０Ｓ－１、３０Ｓ－２、３０Ｓ－３のｐ型半導体層３３は、連結部ＣＮ２－１、ＣＮ２－２により電気的に接続される。

【0076】

また、部分フォトダイオード３０Ｓ－４、３０Ｓ－５、３０Ｓ－６、３０Ｓ－７、３０Ｓ－８のｎ型半導体層３２（ｉ型半導体層３１）は、基部ＢＡ１により電気的に接続される。部分フォトダイオード３０Ｓ－４、３０Ｓ－５、３０Ｓ－６、３０Ｓ－７、３０Ｓ－８のｐ型半導体層３３は、基部ＢＡ２により電気的に接続される。基部ＢＡ１、基部ＢＡ２は、略五角形状に形成され、頂点の位置に部分フォトダイオード３０Ｓ－４、３０Ｓ－５、３０Ｓ－６、３０Ｓ－７、３０Ｓ－８が設けられる。基部ＢＡ２と、部分フォトダイオード３０Ｓ－１、３０Ｓ－２、３０Ｓ－３のｐ型半導体層３３とは、連結部ＣＮ２－３により電気的に接続される。これにより、１つのフォトダイオード３０を構成する複数の部分フォトダイオード３０Ｓが電気的に接続される。

【0077】

下部導電層３５は、部分フォトダイオード３０Ｓのそれぞれと重なる領域に設けられる。下部導電層３５は、いずれも平面視で円形状である。つまり、下部導電層３５は、部分フォトダイオード３０Ｓと異なる形状であってもよい。例えば、部分フォトダイオード３０Ｓ－１、３０Ｓ－２、３０Ｓ－３は、平面視で多角形状であり、円形状の下部導電層３５の上に形成される。部分フォトダイオード３０Ｓ－４、３０Ｓ－５、３０Ｓ－６、３０Ｓ－７、３０Ｓ－８は、平面視で、下部導電層３５よりも小さい径を有する円形状又は半円形状であり、円形状の下部導電層３５の上に形成される。下部導電層３５には、ｐ型半導体層３３と同じ基準電位ＶＣＯＭが供給され、下部導電層３５とｐ型半導体層３３との間の寄生容量を抑制することができる。

【0078】

上部導電層３４は、複数の部分フォトダイオード３０Ｓのｎ型半導体層３２を電気的に接続する。上部導電層３４は、センサ基板５の各トランジスタ（リセットトランジスタＭｒｓｔ及びソースフォロワトランジスタＭｓｆ（図４参照））と電気的に接続される。上部導電層３４は、どのように設けられていてもよく、例えば、部分フォトダイオード３０Ｓの一部を覆っていてもよいし、部分フォトダイオード３０Ｓの全体を覆って設けられていてもよい。

【0079】

本実施形態では、複数のレンズ７８及び複数の第１開口ＯＰ１ごとに部分フォトダイオード３０Ｓが設けられている。これにより、フォトダイオード３０が、平面視で検出素子３の全体を覆うように四角形状等のベタ膜で形成された構成に比べて、複数のレンズ７８及び複数の第１開口ＯＰ１に重畳しない領域での半導体層や配線層を削減できるので、フォトダイオード３０の寄生容量を抑制することができる。

【0080】

なお、図８に示すフォトダイオード３０の平面構造は、あくまで一例であり、適宜変更することができる。１つのフォトダイオード３０が有する部分フォトダイオード３０Ｓの数は、７個以下でもよいし、９個以上でもよい。部分フォトダイオード３０Ｓの配置は、三角格子状に限定されず、例えば、マトリクス状に配置されていてもよい。また、光フィルタ７が有する複数のレンズ７８、第１開口ＯＰ１及び第２開口ＯＰ２の配置も、部分フォトダイオード３０Ｓの構成に応じて適宜変更できる。

【0081】

図９は、図８のＩＸ－ＩＸ’断面図である。なお、図９では、部分フォトダイオード３０Ｓ－１の断面構成とともに、検出素子３が有するリセットトランジスタＭｒｓｔの断面構成を示している。なお、検出素子３が有するソースフォロワトランジスタＭｓｆ及び読出トランジスタＭｒｄの断面構成もリセットトランジスタＭｒｓｔと同様である。

【0082】

基板２１は絶縁基板であり、例えば、石英、無アルカリガラス等のガラス基板、又はポリイミド等の樹脂基板が用いられる。ゲート電極６４は、基板２１の上に設けられる。絶縁膜２２、２３は、ゲート電極６４を覆って基板２１の上に設けられる。絶縁膜２２、２３及び絶縁膜２４、２５、２６は、無機絶縁膜であり、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）や窒化シリコン（ＳｉＮ）等である。

【0083】

半導体層６１は、絶縁膜２３の上に設けられる。半導体層６１は、例えば、ポリシリコンが用いられる。ただし、半導体層６１は、これに限定されず、微結晶酸化物半導体、アモルファス酸化物半導体、低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ：Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｉｌｉｃｏｎｅ）等であってもよい。リセットトランジスタＭｒｓｔは、ゲート電極６４が半導体層６１の下側に設けられたボトムゲート構造であるが、ゲート電極６４が半導体層６１の上側に設けられたトップゲート構造でもよく、ゲート電極６４が半導体層６１の上側及び下側に設けられたデュアルゲート構造でもよい。

【0084】

半導体層６１は、チャネル領域６１ａと、高濃度不純物領域６１ｂ、６１ｃと、低濃度不純物領域６１ｄ、６１ｅと、を含む。チャネル領域６１ａは、例えば、ノンドープの真性半導体又は低不純物領域であり、高濃度不純物領域６１ｂ、６１ｃ及び低濃度不純物領域６１ｄ、６１ｅよりも低い導電性を有する。チャネル領域６１ａは、ゲート電極６４と重なる領域に設けられる。

【0085】

絶縁膜２４、２５は、半導体層６１を覆って絶縁膜２３の上に設けられる。ソース電極６２及びドレイン電極６３は、絶縁膜２５の上に設けられる。ソース電極６２は、コンタクトホールＨ５を介して半導体層６１の高濃度不純物領域６１ｂと接続される。また、ドレイン電極６３は、コンタクトホールＨ３を介して、半導体層６１の高濃度不純物領域６１ｃに接続される。ソース電極６２及びドレイン電極６３は、例えば、チタンとアルミニウムとの積層構造であるＴｉＡｌＴｉ又はＴｉＡｌの積層膜で構成されている。

【0086】

ゲート線ＧＬｓｆは、ソースフォロワトランジスタＭｓｆのゲートに接続される配線である。ゲート線ＧＬｓｆは、ゲート電極６４と同層に設けられる。ドレイン電極６３（接続配線ＳＬｃｎ）は、絶縁膜２２から絶縁膜２５を貫通するコンタクトホールを介してゲート線ＧＬｓｆに接続される。

【0087】

次に、フォトダイオード３０の断面構成について説明する。図９では、部分フォトダイオード３０Ｓ－１について説明するが、部分フォトダイオード３０Ｓ－１についての説明は、他の部分フォトダイオード３０Ｓ－２、・・・、３０Ｓ－８にも適用できる。図９に示すように、下部導電層３５は、ゲート電極６４及びゲート線ＧＬｓｆと同層に基板２１の上に設けられる。絶縁膜２２及び絶縁膜２３は、下部導電層３５の上に設けられる。フォトダイオード３０は、絶縁膜２３の上に設けられる。言い換えると、下部導電層３５は、基板２１と、ｐ型半導体層３３との間に設けられる。下部導電層３５が、ゲート電極６４と同じ材料で形成されることで遮光層として機能し、下部導電層３５は、フォトダイオード３０への基板２１側からの光の侵入を抑制できる。

【0088】

第３方向Ｄｚで、ｉ型半導体層３１は、ｐ型半導体層３３とｎ型半導体層３２との間に設けられる。本実施形態では、絶縁膜２３の上に、ｐ型半導体層３３、ｉ型半導体層３１及びｎ型半導体層３２の順に積層されている。図８に示した実効的なセンサ領域３７は、ｉ型半導体層３１とｐ型半導体層３３とが接続された領域である。

【0089】

具体的には、ｐ型半導体層３３は、半導体層６１と同層に、絶縁膜２３の上に設けられる。絶縁膜２４、２５、及び、２６は、ｐ型半導体層３３を覆って設けられる。絶縁膜２４及び絶縁膜２５は、ｐ型半導体層３３と重なる位置にコンタクトホールＨ１３が設けられる。絶縁膜２６は、リセットトランジスタＭｒｓｔを含む複数のトランジスタを覆って絶縁膜２５の上に設けられる。絶縁膜２６は、コンタクトホールＨ１３の内壁を構成する絶縁膜２４及び絶縁膜２５の側面を覆う。また、絶縁膜２６には、ｐ型半導体層３３と重なる位置にコンタクトホールＨ１４が設けられる。

【0090】

ｉ型半導体層３１は、絶縁膜２６の上に設けられ、絶縁膜２４から絶縁膜２６を貫通するコンタクトホールＨ１４を介してｐ型半導体層３３と接続される。ｎ型半導体層３２は、ｉ型半導体層３１の上に設けられる。

【0091】

絶縁膜２７は、フォトダイオード３０を覆って絶縁膜２６の上に設けられる。絶縁膜２７は、フォトダイオード３０及び絶縁膜２６に直接、接して設けられる。絶縁膜２７は、感光性アクリル等の有機材料からなる。絶縁膜２７は、絶縁膜２６よりも厚い。絶縁膜２７は、無機絶縁材料に比べ、段差のカバレッジ性が良好であり、ｉ型半導体層３１及びｎ型半導体層３２の側面を覆って設けられる。

【0092】

上部導電層３４は、絶縁膜２７の上に設けられる。上部導電層３４は、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の透光性を有する導電材料である。上部導電層３４は、絶縁膜２７の表面に倣って設けられ、絶縁膜２７に設けられたコンタクトホールＨ１を介してｎ型半導体層３２と接続される。また、上部導電層３４は、絶縁膜２７に設けられたコンタクトホールＨ２を介してリセットトランジスタＭｒｓｔのドレイン電極６３及びゲート線ＧＬｓｆと電気的に接続される。

【0093】

絶縁膜２８は、上部導電層３４を覆って絶縁膜２７の上に設けられる。絶縁膜２８は、無機絶縁膜である。絶縁膜２８は、フォトダイオード３０への水分の侵入を抑制する保護層として設けられる。重畳導電層３６は、絶縁膜２８の上に設けられる。重畳導電層３６は、例えばＩＴＯ等の透光性を有する導電材料である。重畳導電層３６は、電源電位ＶＤＤをソースフォロワトランジスタＭｓｆに供給する導電層であり、任意の箇所でソースフォロワトランジスタＭｓｆ等と電気的に接続される。

【0094】

保護膜２９は、重畳導電層３６を覆って絶縁膜２８の上に設けられる。保護膜２９は、有機保護膜である。保護膜２９は、検出装置１の表面を平坦化するように形成される。

【0095】

本実施形態では、フォトダイオード３０のｐ型半導体層３３及び下部導電層３５が、各トランジスタと同層に設けられるので、フォトダイオード３０を各トランジスタと異なる層に形成した場合に比べて製造工程を簡略化できる。

【0096】

なお、図９に示すフォトダイオード３０の断面構成は、あくまで一例である。これに限定されず、例えば、フォトダイオード３０は、各トランジスタと異なる層に設けられていてもよく、絶縁膜２６の上にｐ型半導体層３３、ｉ型半導体層３１及びｎ型半導体層３２の順に積層されて設けられてもよい。

【0097】

以上説明したように、本実施形態の検出装置１は、基板２１と、基板２１に配列された複数のフォトダイオード３０と、複数のフォトダイオード３０を覆う光フィルタ７と、を有する。光フィルタ７は、複数のフォトダイオード３０のそれぞれに重畳して設けられた複数のレンズ７８と、複数のフォトダイオード３０と複数のレンズ７８との間に設けられ、複数のフォトダイオード３０のそれぞれに重畳する領域に第１開口ＯＰ１が設けられた第１遮光層７１と、第１遮光層７１と、複数のレンズ７８との間に設けられ、複数のフォトダイオード３０及び複数の第１開口ＯＰ１のそれぞれに重畳する領域に第２開口ＯＰ２が設けられた第２遮光層７２と、を有する。第１遮光層７１は金属材料で形成され、第２遮光層７２は樹脂材料で形成される。

【0098】

これによれば、フォトダイオード３０とレンズ７８との間に第１遮光層７１及び第２遮光層７２が設けられているので、光フィルタ７は、第３方向Ｄｚに平行な方向に進行する光Ｌ２をフォトダイオード３０に入射させるとともに、斜め方向の光Ｌ２を効果的に遮光してクロストークの発生を抑制することができる。

【0099】

図１０は、変形例４に係る光フィルタを示す断面図である。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。

【0100】

上述した実施形態では、図６に示すように、フィルタ層７３は第１遮光層７１と第１透光性樹脂層７４との間に設けられているが、フィルタ層７３の位置はこれに限定されない。図１０に示すように、光フィルタ７Ａにおいて、フィルタ層７３は、第１透光性樹脂層７４の上に直接、接して設けられる。言い換えると、フィルタ層７３は、第３方向Ｄｚで、第１透光性樹脂層７４と第２遮光層７２との間に設けられる。また、第２遮光層７２は、フィルタ層７３の上に直接、接して設けられる。第２遮光層７２の第２開口ＯＰ２は、フィルタ層７３上に設けられ、フィルタ層７３は、第２開口ＯＰ２を介して第２透光性樹脂層７５と接する。

【0101】

また、本変形例では、フィルタ層７３は、第１遮光層７１の上に設けられず、第１透光性樹脂層７４は、第１遮光層７１の上に直接、接して設けられ、第１開口ＯＰ１を介してセンサ基板５の保護膜２９と接する。

【0102】

図１１は、変形例５に係る光フィルタを示す断面図である。図１１に示す光フィルタ７Ｂにおいて、フィルタ層７３は、第２遮光層７２の上に直接、接して設けられる。言い換えると、フィルタ層７３は、第３方向Ｄｚで、第２遮光層７２と第２透光性樹脂層７５との間に設けられる。フィルタ層７３は、第２遮光層７２の第２開口ＯＰ２を覆って設けられ、第２開口ＯＰ２を介して第１透光性樹脂層７４と接する。第２透光性樹脂層７５は、フィルタ層７３の上に直接、接して設けられる。

【0103】

図１２は、変形例６に係る光フィルタを示す断面図である。図１２に示す光フィルタ７Ｃにおいて、フィルタ層７３は、第２透光性樹脂層７５の上に直接、接して設けられる。レンズ７８は、フィルタ層７３の上に直接、接して設けられる。本変形例では、フィルタ層７３は、第１遮光層７１の第１開口ＯＰ１及び第２遮光層７２の第２開口ＯＰ２のいずれにも、直接重なって設けられていない。光軸ＣＬに沿って、保護膜２９、第１透光性樹脂層７４、第２透光性樹脂層７５の順に重なって積層される。

【0104】

フィルタ層７３の厚さｔ４は、第１透光性樹脂層７４の厚さｔ１及び第２透光性樹脂層７５の厚さｔ２に比べて十分に薄い。このため、変形例４から変形例６に示したようにフィルタ層７３の積層位置を異ならせた場合でも、第１遮光層７１の第１開口ＯＰ１及び第２遮光層７２の第２開口ＯＰ２の大幅な変更を行う必要がない。

【0105】

図１３は、変形例７に係る光フィルタを示す平面図である。図１３に示す光フィルタ７Ｄは、レンズと遮光層の開口ＯＰの関係が検出素子３によっては異なっている点で相違する。開口ＯＰは、第１開口ＯＰ１もしくは第２開口ＯＰ２の何方か一つ、もしくはその両方を意図し、特に第１開口ＯＰ１と第２開口ＯＰ２とを区別していない開口を示す。すなわち、図５及び図６に示す実施形態においては、１つの検出素子３におけるレンズ７８の数と、第１開口ＯＰ１の数、及び第２開口ＯＰ２の数はそれぞれすべての検出素子３において一致するのに対し、図１３においては、例えば、検出素子３と検出素子３－１を比較した際に、一方の検出素子３における開口ＯＰの数と、他方の検出素子３－１の開口ＯＰの数とが、異なっている。

【0106】

図１３の検出素子３（第１検出素子）においては、１つのフォトダイオード３０（第１フォトダイオード）は８個の部分フォトダイオード３０Ｓを有し、８個の部分フォトダイオード３０Ｓのそれぞれに重なる第１開口ＯＰ１及び第２開口ＯＰ２を有し、８個の部分フォトダイオード３０Ｓのそれぞれに重なるレンズ７８（７８－１から７８－８）を有する。

【0107】

一方、図１３の検出素子３－１（第２検出素子）においては、１つのフォトダイオード３０（第２フォトダイオード）は８個の部分フォトダイオード３０Ｓと、８個の部分フォトダイオード３０Ｓのそれぞれに重なるレンズ７８（７８－１から７８－８）を有し、８個の部分フォトダイオード３０Ｓのうち２個の部分フォトダイオード３０Ｓ－４及び３０Ｓ－５（図８参照）のそれぞれに重なる第１開口ＯＰ１及び第２開口ＯＰ２を有し、６個の部分フォトダイオード３０Ｓ－１、３０Ｓ－２、３０Ｓ－３、３０Ｓ－６、３０Ｓ－７、３０Ｓ－８（図８参照）には、開口ＯＰは形成されていない。

【0108】

同様に、図１３の検出素子３－２においては、１つのフォトダイオード３０は８個の部分フォトダイオード３０Ｓと、８個の部分フォトダイオード３０Ｓのそれぞれに重なるレンズ７８（７８－１から７８－８）を有し、８個の部分フォトダイオード３０Ｓのうち１個の部分フォトダイオード３０Ｓ－４に重なる第１開口ＯＰ１及び第２開口ＯＰ２を有し、７個の部分フォトダイオード３０Ｓ－１、３０Ｓ－２、３０Ｓ－３、３０Ｓ－５、３０Ｓ－６、３０Ｓ－７、３０Ｓ－８には、開口ＯＰは形成されていない。

【0109】

さらに、図１３の検出素子３－３においては、１つのフォトダイオード３０は８個の部分フォトダイオード３０Ｓと、８個の部分フォトダイオード３０Ｓのそれぞれに重なるレンズ７８（７８－１から７８－８）を有し、８個の部分フォトダイオード３０Ｓのうち７個の部分フォトダイオード３０Ｓ－１、３０Ｓ－２、３０Ｓ－３、３０Ｓ－４、３０Ｓ－６、３０Ｓ－７、３０Ｓ－８のそれぞれに重なる第１開口ＯＰ１及び第２開口ＯＰ２を有し、１個の部分フォトダイオード３０Ｓ－５には、開口ＯＰは形成されていない。

【0110】

このように、検出素子３毎に、開口ＯＰの数を変更することにより、検出素子３毎に検出強度を異ならせることができる。

【0111】

図１４は、図１３のＸＩＶ－ＸＩＶ’断面図である。図１３における検出素子３－１の部分フォトダイオード３０Ｓ－１上には、レンズ７８－１と第２開口ＯＰ２が形成されるが、第１開口ＯＰ１は形成されていない。すなわち部分フォトダイオード３０Ｓ－１は第１遮光層７１によって完全に覆われている。開口ＯＰが形成されていない箇所については図１４のように第１遮光層７１の第１開口ＯＰ１が形成されていない例に限らず、第１開口ＯＰ１が形成されているが第２開口ＯＰ２が形成されていない構造であってもよい。さらには、第１開口ＯＰ１と第２開口ＯＰ２が両方形成されていない構造であってもよい。ただし、検出素子３－１における検出強度を他の検出素子３の検出強度と異ならせるためには、検出素子３の第２開口ＯＰ２を通過した光Ｌ２－１、Ｌ２－２が検出素子３－１の部分フォトダイオード３０Ｓ１に入ることを確実に防止するために、第１遮光層７１で完全に遮光するように、部分フォトダイオード３０Ｓに近い第１遮光層７１に第１開口ＯＰ１を形成しない方が好ましい。

【0112】

また、検出強度を異ならせるために、図１３及び図１４に示すように開口ＯＰを部分フォトダイオード３０Ｓ上に形成しない箇所においては、レンズ７８は省略することが可能である。ただし、レンズ７８については、検出素子３におけるレンズ形状の均一性を保つために、検出しない部分フォトダイオード３０Ｓ上であっても形成しておくことが製造上好ましい。

【0113】

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。

【符号の説明】

【0114】

１ 検出装置
２ アレイ基板
５ センサ基板
７、７Ａ、７Ｂ、７Ｃ 光フィルタ
１０ センサ部
２１ 基板
２９ 保護膜
３０ フォトダイオード
３０Ｓ、３０Ｓ－１、３０Ｓ－２、３０Ｓ－３、３０Ｓ－４、３０Ｓ－５、３０Ｓ－６、３０Ｓ－７、３０Ｓ－８ 部分フォトダイオード
７１ 第１遮光層
７２ 第２遮光層
７３ フィルタ層
７４ 第１透光性樹脂層
７５ 第２透光性樹脂層
７８、７８－１、７８－２、７８－６、７８－８ レンズ
ＯＰ 開口
ＯＰ１ 第１開口
ＯＰ２ 第２開口

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【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】