(57)【要約】ディスプレイ部分と統合されるバイオセンサデバイスが、指等の身体部分によってタッチするための表面を含む。ＬＥＤのアレイ等の光源が、身体部分によって部分的に反射および吸収されるように、表面を通して光を放出する。光検出器のアレイが、身体部分によって戻るように反射された光を検出し、身体部分における光吸収パターンに対応する光反射の画像に対応する信号を生成する。光吸収パターンは、指紋、血管パターン、血管内の血液移動、それらの組み合わせ、または他のバイオメトリック特徴に相関し得る。プロセッサが、光検出器から信号を受信し、信号を分析し、身体部分の特性を決定する。特性は、検出された特性を記憶された特性と比較することによって、バイオセンサデバイスのユーザを認証するために使用され得る。【選択図】図１８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオセンサデバイスであって、
光通過パネルを有するディスプレイ部分であって、前記ディスプレイ部分は、画像を生成するためにピクセルにおいて光を放出し、前記ピクセルは、ピーク波長の第１のセットを有する光を生成する、ディスプレイ部分と、
前記光通過パネルの一部を通して光を受け取るように構成された検出器部分であって、前記検出器部分は、前記光を放出するディスプレイ部分内の前記ピクセルから側方に離間される、検出器部分と、
人物の身体部分によって部分的に反射および吸収されるように、前記光通過パネルを通して光を放出するように構成された光源であって、前記光源は、前記画像を生成するために使用される前記ディスプレイ部分内の前記ピクセル以外のものである、光源と、
前記ディスプレイ部分内の前記ピクセルから側方に離間され、少なくとも前記身体部分によって戻るように反射された光を検出するように配列された、前記検出器部分内の１つまたは複数の光検出器であって、前記光検出器は、前記戻るように反射された光に対応する第１の信号を生成する、光検出器と、
前記１つまたは複数の光検出器に結合され、前記身体部分の特性を決定するために前記第１の信号を分析するために構成された検出回路と
を備える、デバイス。
【請求項２】
前記ピクセルは、赤色、緑色、および青色光を生成し、前記光源は、赤外光を生成する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記光源は、前記光通過パネルの縁に近接して光学的に結合され、前記光通過パネルは、導波路として作用することにより、前記光源からの前記光を誘導し、前記光源からの前記光を前記光通過パネルの発光面を通して放出する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記光通過パネルは、光が、実質的に、前記身体部分が前記発光面と直接接触している前記光通過パネルの前記発光面を通してのみ放出されるように構成されている、請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記光源は、前記ディスプレイ部分内の前記ピクセルから側方に離間される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記光源は、１つまたは複数の発光ダイオードを備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記光源は、異なるピーク波長の光を放出する発光ダイオードを備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記光源は、血管によって吸収される波長の光を放出する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記光源は、光ガイドを備え、１つまたは複数の発光ダイオードからの光は、前記光ガイドに光学的に結合され、前記光ガイドは、その表面を通して光を放出するために構成されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記光通過パネルは、前記光ガイドである、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記１つまたは複数の光検出器は、前記身体部分から反射された光が、前記１つまたは複数の光検出器による検出のために前記光ガイドを通過するように、前記光ガイドの後方に位置する、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記身体部分から反射された光の角度範囲を限定するために、前記１つまたは複数の光検出器にわたるレンズをさらに備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記身体部分の中への特定の距離のみから、前記身体部分から反射された光を前記１つまたは複数の光検出器上に集束させるために、前記光検出器にわたるレンズをさらに備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記デバイスに統合された非光学センサをさらに備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記非光学センサは、前記身体部分によってタッチするための電極を備える、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記身体部分は、指を備え、前記デバイスは、指紋を検出するように構成されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記身体部分は、指を備え、前記デバイスは、前記指内の血管を検出するように構成されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記身体部分は、指を備え、前記デバイスは、前記指における指紋および血管の両方を検出するように構成されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記デバイスに統合されたプロセッサをさらに備え、前記プロセッサは、前記光源の通電および前記１つまたは複数の光検出器によって受け取られる前記反射された光の検出を制御する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項２０】
プロセッサをさらに備え、前記プロセッサは、前記光検出器からのデータを処理し、前記データを記憶されたデータと比較し、前記デバイスのユーザの認証を示すように構成されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項２１】
プロセッサをさらに備え、前記光源は、複数の発光ダイオードを備え、前記プロセッサは、前記光検出器のうちの１つまたは複数のものからの信号が前記プロセッサによって読み取られ、処理されている間、連続的に照明されるように前記発光ダイオードを制御するように構成されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項２２】
プロセッサをさらに備え、前記プロセッサは、前記身体部分の光反射画像を検出し、前記身体部分内の前記光の吸収の区域を決定するように構成されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記１つまたは複数の光検出器からのデータを処理するように構成されたプロセッサをさらに備え、前記プロセッサは、ジェスチャを検出するために前記身体部分の移動を検出する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項２４】
バイオセンサデバイスであって、
光通過パネルを有するディスプレイ部分であって、前記ディスプレイ部分は、画像を生成するためにピクセルにおいて光を放出し、前記ピクセルは、ピーク波長の第１のセットを有する光を生成する、ディスプレイ部分と、
前記光通過パネルの縁に近接して光学的に結合された光源であって、前記光通過パネルは、光ガイドとして作用することにより、前記光源からの前記光を誘導し、前記光源からの前記光を前記光通過パネルの発光面を通して放出し、前記光源は、前記画像を生成するために使用される前記ディスプレイ部分内のピクセル以外のものである、光源と、
前記光通過パネルに接触する身体部分によって戻るように反射された光を検出するように配列された１つまたは複数の光検出器であって、前記光源からの光は、前記身体部分が前記光通過パネルに接触する区域において、前記光通過パネルから抽出され、前記光検出器は、前記戻るように反射された光に対応する第１の信号を生成する、光検出器と、
前記１つまたは複数の光検出器に結合され、前記身体部分の特性を決定するために前記第１の信号を分析するために構成された検出回路と
を備える、デバイス。
【請求項２５】
前記１つまたは複数の光検出器は、前記ディスプレイ部分から側方に離間される、請求項２４に記載のデバイス。
【請求項２６】
前記１つまたは複数の光検出器は、前記ディスプレイ部分内に分散される、請求項２４に記載のデバイス。
【請求項２７】
前記検出回路は、指紋を検出し、前記指紋の頂点は、前記光通過パネルに接触し、前記光通過パネルから光を抽出する、請求項２４に記載の検出器。
【請求項２８】
前記検出回路は、前記指内の血管パターンも検出する、請求項２７に記載の検出器。
【請求項２９】
前記検出回路は、前記指における指紋および血管の組み合わせられたパターンを検出する、請求項２８に記載の検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願への相互参照）
本願は、２０１７年５月１９日に出願された米国出願第１５／６００，４８０号の一部継続出願であり、Ｊｅｒｏｍｅ  Ｃｈａｎｄｒａ  Ｂｈａｔによって２０１６年６月９日に出願された米国仮特許出願第６２／３４８，０９６号ならびにＪｅｒｏｍｅ  Ｃｈａｎｄｒａ  ＢｈａｔおよびＲｉｃｈａｒｄ  Ｉａｎ  Ｏｌｓｅｎによって２０１６年５月２３日に出願された米国仮特許出願第６２／３４０，２１８号に基づき、これらの出願の優先権を主張し、これらの出願は、本特許譲受人に譲渡され、参照によって本明細書に援用される。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、血流、血液成分、指紋、血管パターン、顔等の生物学的特性の感知、特に、光および光検出器を使用するそのような特性の感知に関する。
【背景技術】
【０００３】
（背景）
特定の波長（例えば、赤色またはＩＲ）の光を人間の身体部分（例えば、指）に印加し、身体部分を通して透過される光を測定することが、血流（例えば、脈拍）、血液中の成分（ヘモグロビン等）、脂肪、および他の特性を検出するために使用され得ることが、公知である。概して、光吸収が、特定の特性に相関する。
【０００４】
しかしながら、そのようなシステムは、概して、単一の機能のみを実施する医療デバイスに限定される。さらに、光吸収の測定は、身体部分を通してであるため、デバイスは、指等の試験されている特定の身体部分を囲むように具体的に作製されなければならない。
【０００５】
必要とされるものは、種々の機能のために使用され得、医療目的ならびにユーザの認証等の非医療目的のために使用され得る、よりフレキシブルかつコンパクトな生物学的センサである。ユーザ認証に関して、生物学的センサは、既存の消費者製品に容易に統合されることが可能であるべきである。
【０００６】
米国特許第９，５７０，００２号は、第３１欄において、光検出器とともに、フルカラーディスプレイスクリーンのマトリクスにＩＲ  ＬＥＤエミッタを追加することを記載している。このとき、ユーザは、スクリーンをタッチし得、ユーザの指紋の画像が、スクリーンにタッチする指先の隆起からの反射を検出することによって検出され得る。検出は、指先の表面のみであり、血管または血流等を検出するために、指の中へのある深さにおけるいずれの光吸収も測定しない。したがって、デバイスが認証のために使用される場合、模倣／偽造された指紋が、デバイスを欺くことができる。加えて、ディスプレイスクリーンは、密接に詰め込まれた赤色、緑色、および青色ＬＥＤのアレイであり、分解能を喪失することなくＩＲ  ＬＥＤおよび光検出器を既存のＬＥＤのアレイに追加することは、困難である。さらに、統合されたディスプレイピクセルおよび検出ピクセルを伴う新しいディスプレイスクリーンを開発することは、非常に高価である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第９，５７０，００２号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（概要）
統合されたコンパクトな光エミッタおよびセンサデバイスが、説明され、本デバイスを使用する人物の生物学的特性を検出するために使用され得る。特性は、医療／診断目的ならびに人物の認証のために使用されることができる。例えば、本デバイスは、ユーザを認証するために、スマートフォン、コンピュータ、またはさらには銃内に設置され得る。
【０００９】
一実施形態では、ＬＥＤまたはフィルタ処理された白色光等の多波長光源によって形成される高分解能ピクセルが、皮膚に適用されると、指等の身体部分に侵入する光を提供する。光検出器のアレイが、光エミッタ内に統合され、身体部分から戻るように反射された光の大きさを検出し、戻るように反射された光の大きさは、身体部分による光の吸収によって影響を受ける。光検出器のアレイは、光吸収の高分解能画像を作成し得る。ピクセル（例えば、放出される波長）は、特定の生物学的特性を標的とするように制御され得、本デバイスの分解能は、指紋および血管パターン等の詳細な特性を検出するために高くあり得る。ビデオ画像がさらに、捕捉され得る。光学部が、血管の場所を検出するため等、皮膚の中へのある深さにおける吸収のみを検出するために使用され得る。本デバイス内のプロセッサが、光検出器からの信号を分析し、ユーザの認証等の結果を生成するようにプログラムされ得る。
【００１０】
指紋および血管パターンの両方を偽造することは非常に困難であるため、本デバイスは、指紋検出器のみと比較して、認証に関してはるかに高い信頼性を有する。
【００１１】
別の実施形態では、ＬＥＤ光（例えば、ＩＲ光）が、透明光ガイドの縁に結合され、光は、光ガイドおよび空気の非常に異なる屈折率に起因するＴＩＲによって光ガイド内で誘導される。ユーザの指が、指紋検出のためにガラス等の光ガイド面上に押されると仮定して、指およびガラスの屈折率は、密接に合致される。指紋の頂点（隆起）は、ガラス面に接触する一方、窪みは、空隙をもたらす。故に、光は、頂点のパターンにおいてのみ、光ガイドから指に引き出される。したがって、光ガイドは、透明であり得る。高分解能光検出器アレイが、光ガイドの後方に位置付けられる。光ガイドの上面に接触する身体部分（例えば、指）から反射された光は、次いで、光ガイドを通して戻るように透過され、光検出器アレイによって検出される。本デバイスはまた、随意に、光ガイドの後方にディスプレイピクセルを伴うディスプレイとして動作し得る。結果として生じる検出された画像は、指紋、血管パターン、または生物学的特性の他の組み合わせによって、ユーザを認証するために使用され得る。一実施形態では、光ガイドはまた、検出器部分から側方に離間されるディスプレイスクリーンのためのディスプレイガラスであり、したがって、検出器およびディスプレイは、統合される。ディスプレイピクセルは、ＯＬＥＤ等の従来のものであり得、検出器光源のみが、ディスプレイガラスを光ガイドとして使用する。ディスプレイ（またはディスプレイのためのタッチスクリーン）のための光ガイドおよび保護層の二重の目的のためにディスプレイガラスを使用することによって、相乗効果および統合が存在し、ＴＩＲは、指紋／血管検出のために光を均一に拡散する。検出器のための光源は、ディスプレイガラスの任意の縁に近接して光学的に結合され得る。
【００１２】
検出器アレイは、ディスプレイピクセル全体を通して分散される、またはディスプレイ部分から側方に離間され得る。
【００１３】
光は、指の頂点を介して指の中へのある距離に入射し、また、指内で散乱し、ある深さ内の血管によって吸収された状態になる。これは、指紋と血管パターンとの間の位置関係を検出するために、指紋パターンと併用され得る二次反射パターンを生成する。指紋パターンは、高コントラストである一方、血管パターンは、指紋パターンにわたって効果的に重ねられる。
【００１４】
一実施形態では、光源および光センサ部分は、ディスプレイ部分内のいずれの空間も使い果たさないように、ディスプレイ部分の一方の側に沿って等、ディスプレイピクセルから側方に離間される。ディスプレイ部分は、画像を生成するために、薄いガラスパネル等の光通過パネルを通して光を放出する。ガラスパネルはさらに、容量タッチセンサを含み得る。先に説明されるように、バイオ検出器部分のための光源は、光センサ部分に隣り合う等、ディスプレイ部分から側方に離間される、または光源は、光通過パネルの縁に光学的に結合され、光通過パネルは、光源のための導波路として作用する。検出は、したがって、ディスプレイ区域とは別個の区域を通してである。光源は、ＩＲ光を放出し得る一方、ディスプレイ部分は、ピクセルのアレイから赤色、緑色、および青色光を放出する。このように、光源および検出器部分は、ディスプレイ部分に影響を及ぼさない一方、ディスプレイ部分および検出器部分の両方は、同一の光通過パネルを使用する。故に、ディスプレイおよびセンサは、統合されるが、側方に離間される。
【００１５】
本デバイスはまた、脈拍センサとして、または標的波長を吸収する特定の血液成分のためのセンサとして使用され得る。
【００１６】
異なる波長を放出する異なるＬＥＤが、別個に通電され得、反射された光は、身体部分の異なるタイプの生物学的特徴を決定するために、広スペクトル光検出器によって検出される。
【００１７】
光学部が、光を集束させ、血管等、身体部分の中へのある深さにおける生物学的特徴のみを検出するために使用され得る。
【００１８】
ガスセンサ、脈拍を検出するための電極等の付加的センサが、光学センサに統合され得る。
【００１９】
本デバイスは、コンパクトかつ安価であり、認証またはユーザの生物学的特性の分析のためのポータブルデバイスにおけるその使用を可能にし得る。
【００２０】
そのようなデバイスの種々の他の設計および使用も、説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、選択された区域において選択された波長の光を放出し得る高分解能光エミッタの上から見下ろした図であり、本デバイスはまた、発光面に接触する人物の身体部分から光吸収を感知するために、各多波長ピクセル区域内に光検出器のアレイを含む。
【００２２】
【図２】図２は、認証または医療診断のために、指紋、血流、血液中のヘモグロビン、または他の特性を検出するために発光面上に配置される人物の指を示す、図１のデバイスの断面図である。
【００２３】
【図３】図３は、光波長対血液中のヘモグロビンおよびオキシヘモグロビンの吸収の相関を図示し、これは、人物の血液中のそのような成分の濃度を決定するために、図１および図２のデバイス内のプロセッサによって使用され得る。
【００２４】
【図４】図４は、生物学的特性を検出するために光源および光センサを含むデバイスの別の実施形態の断面図であり、光が、透明または半透明光ガイドの縁部分に注入され、光ガイドの前面から放出され、フォトダイオードアレイが、人物の身体部分による光の吸収の画像を検出するために、光ガイドの後方に位置付けられる。
【００２５】
【図５】図５は、スマートフォン、ラップトップコンピュータ、または他の消費者デバイスの保護外層等の透明層に添着される図４のデバイスを図示する。
【００２６】
【図６】図６は、反射された光の検出との組み合わせにおいて、ＥＫＧ信号の検出等、人物の身体部分からの電気信号を感知するために、電極を用いて増強される図４のデバイスを図示する。
【００２７】
【図７】図７は、人物から発生するガスを検出するために、感受性ガス感知要素を用いてさらに増強される図５のデバイスを図示する。
【００２８】
【図８】図８は、本デバイスと接触する身体部分（例えば、指）の温度を決定するために、非接触赤外線温度センサを用いてさらに増強される図６のデバイスを図示する。
【００２９】
【図９】図９は、より高い分解能のために、より高い信号対雑音比のために、およびよりコンパクトなデバイスを形成するために、集束レンズが光センサアレイに当接する、本発明の別の実施形態を図示する。
【００３０】
【図１０】図１０は、光検出器の高分解能アレイを有する単一の集積回路チップの正面図である。レンズアレイが、検出器アレイにわたって位置付けられ、これは、入射光を集束させ、信号対雑音比を増加させるために光検出器に入射する直接光の量を低減させる。光源が、光ガイドと接触する人物の身体部分の方向においてのみ光を放出する透明光ガイド等、多くの好適な設計を有し得る。反射された光は、光ガイドを通して光検出器に戻るように透過される。
【００３１】
【図１１】図１１は、図１０と類似するが、光源（例えば、ＬＥＤまたはレーザ）を光検出器と同一の表面上に統合する。
【００３２】
【図１２】図１２は、種々のデバイスを用いて実施され得る機能を識別する。
【００３３】
【図１３】図１３は、ユーザの生物学的特性を検出するために本デバイスによって実施される基本ステップの実施例のフローチャートである。
【００３４】
【図１４】図１４は、統合されたセンサおよびディスプレイの別の実施形態の上から見下ろした図であり、センサ部分がディスプレイ部分から側方に離間されるが、ディスプレイ部分と同一のカバーガラスを使用する。
【００３５】
【図１５】図１５は、ディスプレイ部分に影響を及ぼさないように、ディスプレイ部分から側方に離間されるセンサ部分およびＩＲエミッタを示す、図１４のデバイスの断面図である。センサおよびＩＲエミッタは、理解を容易にするために、図１４のより正確な断面と対照的に、図１５において横並びに示される。
【００３６】
【図１６】図１６は、ディスプレイ部分の縁に沿ったセンサ部分のさらなる詳細を示す、統合されたディスプレイ／センサの断面図である。
【００３７】
【図１７】図１７は、検出器要素の底部部分に電気的に結合される導電性トレースを示す、統合されたディスプレイ／センサの断面図である。
【００３８】
【図１８】図１８は、身体部分によって反射および吸収される光を放出する図１５のデバイスを図示し、ユーザを認証するために反射／吸収された光の感知された画像を作成するように、反射された光が検出される。
【００３９】
【図１９】図１９は、ディスプレイ区域が部分的に透明であり、センサが身体部分からディスプレイ区域を通して光を受け取る、別の実施形態を図示する。
【００４０】
【図２０】図２０は、図１９の実施形態の実施例の断面図であり、ディスプレイ部分が、分散された透明区域を有し、分散された透明区域を通して身体部分から反射された光がディスプレイ部分の下方の検出器アレイによる感知のために通過する。ディスプレイピクセル（例えば、赤色、緑色、および青色サブピクセル）は、検出器アレイのための光源を提供し得る、または光源は、ＩＲエミッタ等の別個の光源であり得る。
【００４１】
【図２１】図２１は、赤色、緑色、および青色ＯＬＥＤサブピクセルが、上部基板上に形成され、１つまたは複数のフォトダイオードが、身体部分から反射された光を検出するために底部基板上に薄フィルムトランジスタとともに形成される一方、薄フィルムトランジスタは、ディスプレイピクセルを制御する、別の実施形態の断面図である。
【００４２】
【図２２】図２２は、１つまたは複数のＩＲ  ＬＥＤ等のＩＲエミッタが、光ガイドとして作用するディスプレイのディスプレイガラスの縁に光学的に結合され、ディスプレイガラスは、ガラスと接触する身体部分からの反射のための光を放出する、別の実施形態の断面図である。光は、ディスプレイ区域から側方に離間される区域においてのみ検出され得る、またはディスプレイ区域内に分散された光検出器によって検出され得る。
【００４３】
【図２３】図２３は、液晶ピクセルが、フォトダイオードとともに透明基板（例えば、ガラス）上に形成され、バックライトからの光が、液晶層を通過し、フォトダイオードによる検出のために身体部分から反射される、別の実施形態の断面図である。
【００４４】
種々の図における同一または同等の要素は、同一の番号を用いて標識化される。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
（詳細な説明）
ある波長の光を放出し、画像捕捉を使用して、光放出窓と接触する（またはそれに近接する）人物の身体部分による光の吸収を検出する、種々のタイプのバイオセンサデバイスが、説明される。他の使用も、説明される。
【００４６】
図１は、捕捉されるべき身体部分反射画像のために好適なサイズを有するバイオセンサデバイス１０の上から見下ろした図である。一実施形態では、デバイス１０は、その表面にタッチする指を検出するために十分な大きさにすぎない。
【００４７】
デバイス１０は、マイクロＬＥＤ１２または垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）等の他の光源によって形成されるピクセル１１のアレイを備える。そのようなレーザは、発光ダイオードのサブセットと見なされる。ＬＥＤ１２は、異なる着目ピーク波長を放出する異なる種類であり得る、またはＬＥＤ１２は、異なる着目波長を放出するための異なる蛍光体を伴う同一の種類（例えば、ＵＶ  ＬＥＤ）であり得る。示される実施例では、単一のピクセル１１内のＬＥＤ１２は、赤色Ｒ、青色Ｂ、緑色Ｇ、およびＩＲ放出ＬＥＤを含む。異なる波長は、異なる量だけ皮膚に侵入し、より短い波長（青色、緑色）は、より長い波長（赤色、赤外線）よりも皮膚の中により浅く侵入する。別の実施形態では、デバイス１０は、指内の血流の検出等の特定の機能のためにのみ意図され、ＬＥＤ１２は、赤色またはＩＲ等、特定の機能のための単一の狭帯域の波長のみを放出する。各ピクセル１１はまた、広帯域フォトダイオード１４または他のタイプの光検出器を含む。異なる波長を放出するＬＥＤ１２は、別個に通電され得、したがって、フォトダイオード１４の出力は、通電されたＬＥＤ１２によって放出される波長に相関されることができる。デバイス１０の分解能は、高分解能ディスプレイと同一であり得る。
【００４８】
ピクセルアレイ内の任意の１つのピーク波長のＬＥＤはまた、随意に、連続的に照明され、ピクセルアレイ内からの１つまたは複数の検出器が、同時に読み取られ、デジタル処理によって取得される画像の分解能のさらなる強化を可能にするようにクロストークを排除し得る。例えば、そのような連続的な照明は、光を散乱するだけで光を吸収しない場所からの、身体部分内の吸収特徴（例えば、血管）の場所の強化された区別を可能にする。加えて、読み取られる検出器は、照明されたＬＥＤに近接するもののみであり得、したがって、サンプリングされる身体部分区域は、高度に局所化される。
【００４９】
ＬＥＤは、ＯＬＥＤまたは無機ＬＥＤであり得る。
【００５０】
代替として、種々の色ピクセルは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）によって形成され得る。典型的なＬＣＤは、広い範囲の波長を有する白色光バックライトを使用する。赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタ、およびＩＲフィルタ等の色フィルタが、サブピクセルを形成し、制御可能な液晶層の後方に位置付けられる。液晶層は、サブピクセル場所毎に光シャッタを効果的に有する。光シャッタを制御することによって、各ピクセル内の異なる色が、制御される。フォトダイオード１４は、次いで、ＬＣＤ層の上部またはＬＣＤ層の下方にわたる透明な積層された層に形成され得る。
【００５１】
いずれの実施形態でも、フォトダイオード１４および発光ピクセルは、分析されるべき人物の身体部分の同一の側上にあり、したがって、フォトダイオード１４は、例えば人物の皮膚による光の吸収を検出するために、反射された光の画像を検出する。これは、人物の身体部分を通過する光の量を検出する公知のデバイスと対照的である。検出されている身体部分内の局所化された吸収は、基本的に、異なるフォトダイオード１４によって受け取られる反射された光間の差異を検出することによって決定されるため、反射された光の画像は、吸収された光の画像に対応する。そのような差異は、吸収パターンをマッピングし、これを記憶された吸収パターンと比較するために使用されることができる。故に、反射された光の絶対的大きさは、サンプリングされている身体部分、任意の周囲光、ＬＥＤへの電流等に基づいて変動し得るが、光反射の大きさにおける差異は、依然として、身体部分内の吸収パターンに対応する。
【００５２】
組み合わせ指紋検出器および血管場所検出器のためのピクセル１１のアレイの実施例は、２ｃｍ×２ｃｍであり、８００個のピクセル１１を含むアレイであり得る。分解能は、０．２５ｍｍと同程度に小さくあり得る。そのようなアレイサイズは、２つの異なる試験を使用するユーザの認証のためにスマートフォンまたは他のハンドヘルドデバイス内に組み込まれることができる。
【００５３】
ＬＥＤコントローラ１８は、例えば、行および列アドレス指定を使用してＬＥＤ１２の通電を制御し、フォトダイオード１４は、光検出器コントローラ２０によって制御される。プロセッサ２２は、コントローラ１８および２０の全体的制御を提供し、所望の機能に応じて、さらなる処理のために種々のフォトダイオード１４の出力を検出する。一実施形態では、プロセッサ２２は、指紋ならびに指内の血管の場所、脈拍、および血液中の成分を検出するようにデバイスを制御する。血流を分析するために、ビデオのような複数の画像が、取得され得る。プロセッサ２２は、ユーザを認証するためにデータをメモリ内に記憶された情報と比較し得る、または医療分析のためにデータを使用し得る。
【００５４】
一実施形態では、ＬＥＤコントローラ１８は、ＬＥＤの照明をラスタにする（ｒａｓｔｅｒ）、または別様に空間的に順序付ける一方、光検出器コントローラ２０は、複数の固有の照明状態に対応する画像のシーケンスを捕捉する。プロセッサ２２は、捕捉された画像の散乱光を補償するためにデータのシーケンスを処理し、それによって、デバイスと接触する身体部分内の吸収特徴によって形成される組み合わせられた画像の分解能を増加させ得る。
【００５５】
プロセッサ２２およびコントローラ１８／２０を含む全体的デバイス１０は、電力リードおよびデータリードを要求するにすぎない単一のモジュール式デバイスとして形成され得る。
【００５６】
ピクセルアレイの異なる区分。またはピクセル１１のうちの異なるピクセルは、異なるピクセル１１からのフォトダイオード１４とＬＥＤ１２との間のクロストークを低減させるために、別個に通電され得る。理想的には、身体部分は、最も高い分解能の画像を取得するために、衝突して反射される光の散乱を最小限にするために、デバイス１０と直接接触する。集束および指向性光学部もまた、分解能をさらに改善するために使用され得る。
【００５７】
図２は、本デバイスの保護ガラスカバー２４と直接接触する人物の指２３を示す、図１のデバイス１０の簡略化された断面である。指２３内の血管２５もまた、示される。指２３が空気の屈折率よりもはるかに高いが、ガラスカバー２４の屈折率と類似する屈折率（例えば、１．５）を有することに起因して、（ガラスに直接接触する）指紋の隆起２６および（ガラスから分離される）指紋の谷２７は、それらの区域で異なる量の光反射２８を引き起こす。谷区域は、ガラス／空気界面におけるＴＩＲに起因して、ガラス表面から比較的に高いパーセンテージの光を反射する一方、隆起区域は、比較的に高いパーセンテージの光を吸収する。フォトダイオード１４の高分解能に起因して、いくつかのフォトダイオード１４は、谷２７の下に位置し、その他は、隆起２６の下に位置し、したがって、指紋の画像は、プロセッサ２２（図１）によって検出可能であり、ユーザの認証のために記憶された指紋と相関されることができる。
【００５８】
ガラスカバー２４は、無機ガラス、サファイア等の結晶材料、ガラスセラミック、またはポリマーを含み得る。
【００５９】
指紋検出器を妨害する方法が、公知である。不正行為に対して追加される保証として、プロセッサ２２は、フォトダイオード１４のデータも処理し、指内の血管と一貫する低波長（例えば、赤色、ＩＲ）吸収のパターンを決定する。光は、指紋の隆起を介してある距離だけ指に入射する。指紋に対する血管の形状および場所は、個人間で一意であり、偽造することは非常に困難である。そのようなデータは、認証のために記憶されたデータに相関される。例えば、ユーザは、初期ベースライン検出を実施し、組み合わせ指紋パターンおよび血管パターンが、検出および記憶される。認証に関して、新しい検出が、ベースラインパターンに実質的に合致する場合、ユーザは、認証される。他の血液データもまた、医療分析のために取得され得る。図２は、血管２５の皮膚深さにおける光反射２８を示し、血管の場所における赤色／ＩＲ光の吸収は、標的深さ内に血管を含んでいない指の区域と比較して、より高い。（指紋パターンと併せた、または指紋パターンとは別個の）検出された血管のマップが、次いで、プロセッサ２２によって作成され、基準血管の記憶されたマップと比較されることができる。
【００６０】
フォトダイオード１４の信号は、プロセッサ２２によって相互から減算され得、したがって、差異は、着目波長の吸収に相関する。そのただの絶対値ではなく、高分解能フォトダイオード１４によって出力される信号の差異は、ＬＥＤからのフォトダイオード１４によって直接受け取られる光の同相除去を可能にし、したがって、信号体雑音比を大幅に増加させる。
【００６１】
概して、広い区域を横断するフォトダイオード１４のアレイは、デバイス１０が、ガラスカバー２４に接触する、またはガラスカバー２４に近接する適切なコントラストのアイテムのための画像捕捉デバイスとして作用することを可能にする。故に、指、掌、手首、または顔等の身体部分が、ガラスカバー２４と接触する、またはガラスカバー２４に近接する場合に、デバイス１０は、指紋等の有益なバイオ認証およびバイオメトリックデータ、血管パターン等の浅い真皮下バイオ認証データ、顔および他の皮膚色調情報、ならびに皮膚常在病原体の存在を捕捉するために使用され得る。
【００６２】
さらに、ピクセルアレイは、ガラスカバー２４と接触する、またはガラスカバー２４に近接する１つまたは複数の指または他の身体部分の存在および運動を検出するために単純に使用され、それによって、アレイが、さらなる専用タッチ感知アレイ、機械的ボタン、または別個のジェスチャサブシステムに関する要件を伴わずに、種々のジェスチャを感知するために、またはタッチスクリーンもしくは単純な「ボタン」として使用されることを可能にし得る。
【００６３】
加えて、異なる色のＬＥＤ１２を順序付けることによって、身体部分の分光法が、実施され、光学的に収集されるバイオメトリックデータをもたらし得る。波長がある程度皮膚に侵入する場合には、真皮下バイオメトリックデータが、取得され得る。例えば、赤色および緑色の両方が、血流、血管を検出し、心拍数を確認するために使用されることができ、適切な波長の赤色および赤外線の組み合わせが、血液酸素供給を確認するために使用され得る。
【００６４】
異なる波長は、異なる量だけ皮膚に侵入し、より短い波長（青色、緑色）は、より長い波長（赤色、赤外線）よりも皮膚の中により浅く侵入する。故に、ピクセル波長を横断して走査することによって、真皮の異なる深さをサンプリングする画像が、取得され得る。異なる画像からのデータは、次いで、相互から減算され、付加的分解能をもたらし得る。例えば、表皮データを捕捉する青色画像が、真皮下データのみを現すように、表皮データおよび真皮下データの両方を捕捉する赤色画像から減算され得る。
【００６５】
波長応答の範囲を拡大することは、さらに多くの情報が収集されることを可能にする。より高いか、またはより低いかのいずれかの周波数における応答性を伴う付加的ピクセルを混合または追加することによって、病原体検出、ＵＶ暴露、水和、および身体化学等の付加的機能が、確認されることができる。いくつかの場合では、ＵＶが、血液または皮膚内の蛍光成分を検出するために使用され得る。
【００６６】
加えて、画像のシーケンス（すなわち、ビデオ）を捕捉することによって、血管に沿った血液の脈拍の移動が、取得され、心拍数、血圧が推測され得る血液脈波速度、心拍出量、１回拍出量等のさらなるバイオメトリックデータを（直接、または推測によってのいずれかで）提供することができる。画像のシーケンスはまた、血流を観察し、検証されている身体部分が真に生きている身体部分を備え、スプーフ材料サンプルまたは分離されたもしくは死後の身体部分の使用等を通したバイオ認証イベントを偽造する試行を備えていないことを推定するために使用され得る。同様に、光検出器とともに、種々の色を生成するＬＥＤの組み合わせの使用は、例えば、指紋のコピーを保有する、人間の指に適用される材料の識別を提供することができるが、同時に生理学的検証を示す。この「ビデオ」能力は、次いで、共形材料による指紋スプーフィングを阻止することに役立つことができる。
【００６７】
拡張された画像のシーケンスを捕捉および処理する場合では、補償が、ビデオ捕捉中の対象の運動に関して提供される必要があり得る。本場合では、例えば、青色、緑色、または他の適切な光源を用いて捕捉される表皮画像の運動が、ビデオ捕捉中の対象の運動を追跡するために使用されることができ、例えば、赤色または赤外光を用いて捕捉される、捕捉された真皮下画像内の運動を補償するために使用されることができる。
【００６８】
指の中に侵入する光が、指内の構造に基づいて、後方散乱および反射の変動を受けることを考慮して、指紋の検出は、青色光等の指の中に最も侵入しない光からが最良である。しかし、指紋は、広い範囲の可視および近赤外波長を用いて読み取られる可能性が高くあり得る。
【００６９】
より長い波長を使用して、真皮下画像が、取得されることができる。例えば、真皮の中への２〜３ｍｍ以上の侵入を可能にする照明波長およびパワーを使用することは、光が、毛細血管および静脈が見出され得る真皮下領域まで侵入することを可能にする。血管が指紋の隆起および谷と一致すると仮定して、血管から収集される画像もまた、指紋の隆起および谷の存在によって影響を受ける可能性が高い。故に、指紋の隆起および谷の存在の両方は、認識のために使用される層の特異性を強化し得る、または血管の画像から除去されることができる。指紋を除去することが望ましい一例示では、先に議論されるようなより短い波長光によって捕捉されるような指紋の画像を単純に減算する技法が、展開されることができる。代替として、これは、フィルタ処理または類似する影響を有する他の技法等による、画像処理を介して行われ得る。指紋の影響はまた、（後の図に示される）このシステム内への光学部の包含等によって、検出器アレイの検出器の焦点が本質的にもっぱらまたは主として真皮下にあるように検出器アレイを設定することによって最小限にされ得る。
【００７０】
また、指紋および血管画像の両方を検出することによって、本デバイス上の指の配向は、ランダムであってもよい。なぜなら、指紋画像が、血管画像に関する基準を提供し得るからである。したがって、相互に対する画像は、本デバイス上の指の位置にかかわらず、記憶された相対的画像と正確に比較されることができる。
【００７１】
本バイオ認証方法論のアーチファクトとして、有意な生理学的情報が、同時に抽出されることができる。異なる照明下で捕捉された血管の画像を研究することによって、感知区域の直下の組織の分光分析を実施することが、可能であり、その感知区域から血液、間質液、または組織の化学作用が実施され得る。例えば、ヘモグロビンおよびオキシヘモグロビンが異なる吸光係数の変化を有する６８０ｎｍおよび８５０ｎｍ等の２つの異なる波長下の画像を研究することによって（図３）、血液酸素飽和度ＳｐＯ２の測度を得ることが、可能である。転じて、適切な照明波長下で捕捉された画像を研究することによって、血糖、赤血球数、白血球数、血液ＣＯ２、血糖、ならびに他の血液および間質液溶質が、検出されることができる。
【００７２】
上記の構成の全てでは、周囲光の影響が、考慮される必要があり得る。具体的には、指等の薄い身体部分を研究する場合では、周囲光は、指を通して検出器アレイに伝搬し、受信される信号または画像に干渉し得る。故に、周囲光の影響は、考慮される必要があり得る。周囲光は、日光等の本質的に定常状態の光源、または白熱照明もしくは変調されるＬＥＤ照明等の変調される光源を備え得る。周囲光に由来する検出された光学信号の部分は、最初に、アレイ光源を「オフ」状態にして検出器アレイをサンプリングすることによって定量化され得る。この信号は、次いで、アレイ光源による照明にのみ関連する信号を推定するように、アレイ光源が「オン」状態にあるとき、検出器アレイが続けて捕捉する信号から減算され得る。加えて、全てのフォトダイオード１４は、同一の量の周囲光を検出し得るため、同相信号を減算することは、周囲光を相殺する。
【００７３】
相関される二重サンプリングの本方法はさらに、光検出器構成と、各ピクセル内の複数の光検出器に関する選択肢との両方によって強化されることができる。この「周囲光除去」は、アレイ光源およびアレイ検出器サンプリング時間を、周囲光のいずれの変調の周波数よりもはるかに高い周波数において変調することによって促進されることができる。任意の周囲光変調の周波数はさらに、検出器アレイ自体によって検出され得る。
【００７４】
上記は、マイクロＬＥＤディスプレイを利用する例示を説明しているが、機能的に同等のモダリティが、ＯＬＥＤディスプレイまたはアクティブマトリクスＬＣＤディスプレイ等の適切な分解能の任意の他のディスプレイに統合される拡張された検出器のアレイの統合を通して達成されることができる。具体的には、ディスプレイが、非晶質シリコン、多結晶質シリコン、または有機半導体等の集積半導体素子を含む場合、フォトダイオードアレイは、実質的に類似する半導体処理を使用してディスプレイ内に形成され、したがって、最小の付加的処理コストおよびより高い分解能を伴い得る。
【００７５】
機能的に同等のモダリティはまた、例えば、光学モジュール、ガラス上のチップ（カバーガラスに直接取り付けられるチップ）、またはディスプレイ上のチップ（ディスプレイガラスに直接取り付けられるチップ）における別個の拡張された検出器のアレイを用いて達成され得る。そのようなモジュール、ガラス上のチップ、またはディスプレイ上のチップは、ディスプレイと直接統合され得る、またはスタンドアロンアレイを備え得、その独自の照明源を備え得る、またはディスプレイ等からの外部光源、もしくは任意の他の適切な既存のピクセル化、均一、側面、ポイント、もしくは他の照明源を利用するように配列され得る。
【００７６】
拡張された検出器のアレイは、ＣＭＯＳ画像センサ等の統合されたセンサアレイを備え得、後に説明される、図４に描写されるように統合される光学部を有し得る。モジュールカバーガラス自体は、随意に、光学的に強化する、光学的にフィルタ処理する、または光学的に遮断する層、反射防止コーティング、および同等物を用いて完全または部分的にコーティングされ得る。
【００７７】
そのようなモジュールは、複数のヒューマンインターフェースおよび生理学的強化のための最終用途への統合点として動作し得る。限定ではないが、例えば、消費者デバイス上の光学的に機能するオン／オフまたは他の「ボタン」、ピンチ、ズーム、スクロール、ジョイスティック、トラックボール、シグネチャ等の高レベル機能に関するジェスチャ認識等の特徴が、アルゴリズムまたはソフトウェアを介して既存の動作に追加されることができる。
【００７８】
統合された、またはスタンドアロンセンサモジュールはまた、付加的機械的ボタンアクションを提供するために、圧力センサまたは圧力感知アレイを用いて強化され得る。積層容量センサアレイ層もまた、統合され得、それから「タッチ」イベントおよびタッチイベントの関連付けられる力が、決定され得る。タッチイベントの力の決定はまた、最適なバイオ認証またはバイオメトリックデータに最適化されない大きさであるタッチイベントの消費者へのフィードバックとして使用され得る。例えば、モジュールを強く押しすぎることは、毛細血管への血流を制限し、それによって、それから受信される信号に影響を及ぼし得る。
【００７９】
統合された、またはスタンドアロンセンサモジュールはさらに、エポキシ、シリコーン、アクリル、またはフリットガラスもしくは化合物半導体ガラス等の低温融解ガラス等の光学的に透明な接着剤を介して、ディスプレイまたはカバーガラスに直接接合され得る。本場合では、接合は、モジュールカバーガラスおよびディスプレイガラスの界面全体を横断して延在する接着剤を備え得る。代替として、接着剤は、界面の一部にわたって（例えば、縁において）分注され得、モジュールカバーガラスおよびディスプレイガラスの大部分は、単に、接触する、または近接近し得る。
【００８０】
図４は、同一または異なる波長を放出するＬＥＤ等の光源３０が、保護カバーとしての役割もまた果たす光ガイド３２の外縁の周囲にのみ位置する別の実施形態を図示する。ＬＥＤを光ガイド３２内に埋設する、または別様に光を縁に結合すること等によって、光は、光ガイド３２の縁部分に結合される。光は、ＴＩＲによって光ガイドの全ての区域に搬送され、光ガイド３２の上面のみを通して出射する。
【００８１】
身体部分が、光ガイド３２と直接接触すべきである場合、光は、光ガイドの屈折率と類似する屈折率を有する皮膚に起因して、身体部分による接触点において光ガイドから自然に抽出される。検出されるべき身体部分が、光ガイド３２から離間され得る場合、光ガイド３２は、成形されたマイクロリフレクタ（プリズム）等の光抽出特徴を有し得、光抽出特徴は、光を上向きに指向し、光を混合する。バックライトのために光ガイド内でそのように分散されたマイクロリフレクタを使用することは、周知である。故に、通電されたＬＥＤからの光は、光ガイド面と接触するまたはそれに近接する身体部分の中に上向きに略均一に放出され得る。光ガイド３２によって放出される下向きの光は、殆どまたは全く存在しない。光ガイド３２の多くは、身体部分から戻るように反射された光が光ガイド３２を通過するように透明である。光ガイドを使用するそのような設計は、ディスプレイピクセルＬＥＤとともにＩＲ  ＬＥＤおよび光検出器をディスプレイスクリーンに統合することと比較して、比較的に安価である。さらに、光検出器アレイの分解能は、任意のディスプレイピクセルアレイから独立し、したがって、より高い分解能が、作成されることができる。
【００８２】
光学部３４は、身体部分の中へのある距離のみから反射された光をフォトダイオードアレイ３８上に集束させる集束マイクロレンズを備え得る。光学部３４はまた、身体部分からの入射光を光ガイドに垂直な狭い角度にのみ限定し、クロストークを低減させ、分析されている身体部分の特徴をより良好にマッピングし得る。フォトダイオードアレイ３８は、ＣＭＯＳ画像センサ、ＣＣＤ画像センサ、または任意の他の画像センサであり得る。
【００８３】
光遮断壁４０が、直接光がフォトダイオードアレイ３８に衝突することを妨げるために使用され得る。モジュールは、ＬＥＤからの熱を吸熱するために、不透明熱伝導性封入体４２を含み得る。図１の制御電子機器は、モジュールに取り付けられる、または別個であり得る。モジュールは、プリント回路基板へのはんだ付けのための接触パッドを有し得る。
【００８４】
図５は、スマートフォンまたは他のデバイスの透明表面層等の保護透明カバー４４に当接する図４のモジュールを図示する。
【００８５】
後で詳細に説明されるように、図２のＩＲエミッタは、ディスプレイピクセルアレイ内から削除され、ディスプレイガラスに縁結合され得る。ＩＲ光は、次いで、ＩＲ光がディスプレイガラスに直接接触する皮膚組織（例えば、指）に遭遇するまで、ＴＩＲによってディスプレイガラス内で均一に拡散される。接触点において、光は、皮膚組織によって反射／吸収され、ディスプレイピクセルアレイ内の分散されたフォトダイオード１４によって検出される。したがって、身体部分は、検出のために、任意の配向において、ディスプレイガラスの任意の部分にタッチし得る。
【００８６】
図６に示されるように、統合された、またはスタンドアロンセンサモジュールはさらに、１つまたは複数の電極４８および５０を備え得、１つまたは複数の電極４８および５０は、光ガイド３２を通してもしくは光ガイド３２の周囲に延在する、またはモジュールの外部に位置するが、ユーザが電気的に監視されることを可能にするようにモジュールに電気的に接続される。例えば、そのような電極４９および５０は、ユーザの心電図（ＥＣＧまたはＥＫＧ）または生体インピーダンスを検出するために使用され得る。ＥＣＧ信号は、心拍数、またはＥＣＧ信号の形態によって決定されるような、関連する、起こり得るもしくは実際の病状を決定するために、孤立して使用され得る。代替として、ＥＣＧは、血圧および他の医療的に重要なインジケータを決定するために、光学的に導出されるフォトプレチスモグラム（ＰＰＧ）と連携して使用され得る。生体インピーダンスは、水和、脂肪含有量、または他のバイタルサインを決定するために使用され得る。筋肉作用もまた、電気的に監視され得る。全てのそのようなモニタは、単一のモジュール内に組み合わせられ得る。
【００８７】
ＥＣＧ信号はまた、バイオ認証シグネチャとして使用され得る。
【００８８】
したがって、バイオ認証は、指紋、血管撮像、もしくはＥＣＧ等の単一のモダリティを介して、または複数のモダリティの組み合わせ、すなわち、多因子認証の形態を通して実施され得る。全てのバイオ認証イベントが、誤検出および検出漏れの形態におけるエラーを受けると仮定して、多因子バイオ認証の使用は、バイオ認証の正確度を改善することができる。例えば、多因子バイオ認証スキームは、２つの因子の肯定的認証および第３の因子の拒絶された認証を備える認証イベントを確認するように構成され、それによって、（低減されたセキュリティを犠牲にしてではあるが）検出漏れに起因してユーザがシステムからロックアウトされる確率を低減させる一方、少なくとも２つの因子が認証されることを要求することによって、誤検出およびスプーフィングに対する増加されたセキュリティを提供し得る。代替として、異なるモダリティが、異なる認証時間を有すると仮定して、多因子認証スキームは、単一の高速認証因子に基づいて、最初の高速低セキュリティ認証を提供し、付加的なより緩慢な認証因子を収集および処理するために要求される長い時間期間にわたって、１つまたは複数の後続の増加するセキュリティ認証のレベルを提供するように構成され得る。
【００８９】
図７に示されるように、モジュールはさらに、統合されたガス感知要素５４を用いて増強され得る。ガス感知要素５４は、代わりに、個別の近接デバイスであり得る。適切な電気化学感知要素等の高特異性の高指向性ガスセンサの使用は、犬が人物の病気を嗅ぐことができるように、現在のまたは起こり得る病状を検出するために使用され得る。そのようなデータは、孤立して、または上記に概説される光学および電気データと併せて使用され、データが解釈され得るより完全な文脈を提供し、それによって、より（統計的に）正確な医療診断または総合的健康／ウェルネス診断をもたらすことができる。
【００９０】
相補的ガス感知要素５４の使用はまた、バイオ認証用途において使用され得る。指紋スプーフサンプルは、木材、糊、パテ、アセテートシート、および同等物等の有機材料の中または上への指紋再現物を備え得る。そのような材料は、殆どが、特に、形成または硬化後の短い時間において、揮発性有機化合物を放出する。加えて、人間は全て、皮膚および汗を通して揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を放出する。したがって、接触点におけるガス状環境がバイオ認証イベントと実質的に同時にサンプリングされる、接触または近接近する指紋もしくは他のバイオ認証イベントは、スプーフ材料または直接的な皮膚の存在を「嗅ぐ」機会を有する。さらに、任意の１人の個人によって放出されるＶＯＣ（その「臭気」）の特定の比率は、十分に固有であり、これは、十分な分解能がガス感知要素において存在する場合、さらなるバイオ認証因子またはモダリティとして使用され得る。そのような感知スキームは、実際の人間の指２３の存在を検出するガス感知要素５４と併せて、指紋および／または血管場所による光吸収を感知するフォトダイオードアレイ３８によって図７に描写される。
【００９１】
統合された、またはスタンドアロンセンサモジュールは、コンパクトなラインスキャナ（ピクセルの単一または細いライン）として配列され得、ラインスキャナを横断して指が物理的に走査またはスワイプされ得る。これは、縮小されたセンサ占有面積を用いて指または他の身体部分の拡大された部分を走査することが可能である利点を提供し得る。スタンドアロンセンサモジュールの場合では、縮小された占有面積は、携帯電話、腕時計、および他のウェアラブル等の空間制約プラットフォームへのデザインインを促進することができ、削減されたモジュールコストを促進することができる。指のスワイプアクションは、小さい形状因子のセンサが広い範囲の身体組織を調査することを可能にすることができる。広い範囲の身体組織にわたって感知することが可能であることは、特定のバイオ認証およびバイオメトリックマーカが、マーカが最も強くまたは最も高度に定義される特定の組織区域内でサンプリングされ得る利点を提供する。例えば、伝統的な指紋を取得しようとしている場合、遠位指節骨にわたって組織を走査することは、遠位指節骨が表皮特徴（隆起および谷）が豊富な領域であるため、最も有用な情報を提供する。他方で、指静脈識別データ等の一意の真皮下情報を捕捉することは、中間指節骨にわたって最も成功することが分かり得、中間指節骨では、静脈がより大きく、したがって、検出することがより容易であり、かつ、バイオ認証イベント中のセンサモジュールとの接触による指への圧力の印加によってあまり影響を受けない。故に、光学バイオ認証ラインスキャナは、指がこれにわたって走査される際、遠位指節骨からの指紋データおよび中間指節骨からの指静脈識別データを最適に捕捉するように構成され得る。モジュールはさらに、センサが指節間関節のうちの１つの下を通過する際の照明源または焦点距離の変化等によって、モジュールにわたる指の通過を感知し、指走査中にモジュールの動作を変更し得る。
【００９２】
ラインアレイセンサがさらに、平坦なカバーガラスまたは湾曲したカバーガラス上もしくはその後方に形成され、ガラスの曲線は、指または手首のものとほぼ合致し得る。そのようなセンサは、次いで、ネットワーク化される場合、ユーザのバイオ認証を提供するウェアラブルデバイスとして使用され得る、指輪または腕時計等のウェアラブルデバイスの中に組み込まれ得る。そのようなデバイスは、ワンタイムバイオ認証イベントを実施することができる。これは、次いで、センサアレイに連続的または周期的にポーリングし、ウェアラブルデバイスが除去されておらず、ユーザが依然として生きていることを確認することができる。ウェアラブルデバイスは、次いで、ユーザが、任意の後続バイオ認証イベントを実施する必要なく、バイオ認証されたままであることを確認することができる。そのようなデバイスは、次いで、例えば、電話、クレジットカード支払いシステム、ＡＴＭ、自動車、扉、データボルト、および同等物と無線でネットワーク化され、高速ユーザ認証を促進することができる。そのようなモダリティは、バイオ認証イベントが数回の心拍が捕捉されることを要求し得るＥＣＧ信号の分析を備える場合等、バイオ認証イベントが冗長なイベントを備える場合に特に有用である。
【００９３】
図８に示されるように、統合された、またはスタンドアロンセンサモジュールからの信号はさらに、統合された、または個別の近接接触もしくは非接触温度センサ５８からのデータを用いて増強され得る。低波長（赤色またはＩＲ）フィルタ６０が、センサ５８を被覆し得る。温度データは、スタンドアロンバイオメトリックとして使用され得る、または他のバイオメトリックが解釈されるさらなる文脈を提供するために使用され得る。
【００９４】
図９は、制御回路およびフォトダイオードがセンサチップ６２内に統合され、集束光学部６４がより精密な集束のためにフォトダイオードアレイ上に直接形成される実施形態を示す。集束は、光ガイド３２に接触する身体部分の中へのある距離内であり得る。縁結合されたＬＥＤ光源３０もまた、示される。結果として生じるモジュールは、非常に薄く、種々の用途に容易に組み込まれる。
【００９５】
図１０は、図９のセンサチップ６２および光学部の一実施形態の上から見下ろした図である。各プレノプティックレンズ６８が、フォトダイオード１４のアレイ状群に重複し、マイクロレンズ６６が、各フォトダイオード１４を被覆し得る。フォトダイオード１４間のピッチは、コンパクトなアレイを形成するために、０．２５ｍｍを下回り得る。本スキームでは、各プレノプティックレンズ６８の下のフォトダイオード１４（検出器ピクセル）のアレイは、０．２５ｍｍの分解能を有する１つのマクロピクセルをもたらす。各フォトダイオード１４にわたる各マイクロレンズ６６は、光捕捉を改善し、指向性を提供し得る。本実施例における各プレノプティックレンズ６８は、約１６個のフォトダイオード１４に重複する。プレノプティックレンズ６８は、異なる深さにおいて焦点を合わせ、身体部分から反射された光についてのより多くの情報を収集するような指向性であり得る。種々のレンズは、透明シートを成形し、シートをフォトダイオードアレイにわたって積層することによって形成され得る、またはフォトダイオードアレイにわたって直接成形することによって形成され得る。半球形レンズ６８が、簡易化するために示されるが、レンズは、集束のために好適な任意の形状であり得る。チップは、任意の光ガイドガラスの後部に添着されることができる。別の実施形態では、光学部は、スペーサを用いてフォトダイオードアレイから離間される。基準フォトダイオード６９が、周囲光を検出するために、プレノプティックレンズ６８の外側に位置し得る。検出された信号を処理するためのシステム論理７０が、コンパクトさおよび信号対雑音比の改善のために、フォトダイオードアレイと同一のチップ上に形成される。論理は、アナログ／デジタルコンバータと、デジタル処理回路とを含み得る。
【００９６】
図１１は、ＬＥＤ光源７２を用いて増強された図１０のモジュールを図示する。光源７２は、先に説明されるように、光を上側の光ガイドの中に注入し、フォトダイオードアレイにわたって光を拡散し得る。身体部分から反射する光は、光ガイドを通してフォトダイオードに戻るように通過する。別の実施形態では、モジュールは、小さくあり得（例えば、２×２ｃｍを下回る）、ＬＥＤ光源７２からの光は、身体部分内で散乱され、フォトダイオードアレイ上に反射されるため、光ガイドは、必要とされない。
【００９７】
ＬＥＤ性能は、経時的に劣化するため、フォトダイオード１４はまた、ベースラインに対してＬＥＤ光出力を比較し、ＬＥＤ通電回路にフィードバックを提供し、ベースライン性能を達成するために使用され得る。
【００９８】
上記の実施形態は、狭帯域エミッタと併せて、広帯域検出器のアレイによって実施される分光分析を備えるが、その機能性はまた、蛍光体変換白色ＬＥＤ等の広帯域エミッタと併せて、光学フィルタをその上にまたはその光路内に伴う検出器等の波長特有検出器の使用を通して実装され得る。
【００９９】
図１２は、本明細書に説明されるモジュールの種々の可能な使用を識別する。
【０１００】
図１３は、本発明の一実施形態による、種々のモジュールによって実施される基本ステップを識別するフローチャートである。
【０１０１】
ステップ８０において、ＬＥＤディスプレイパネル、光ガイドパネル、または他の光源が、光検出器アレイに対して配列され、バイオセンサを形成する。
【０１０２】
ステップ８２において、バイオセンサの出力窓が、分析のために身体部分によってタッチされる。タッチセンサまたは光影センサが、身体部分が画像検出プロセスを開始するために出力窓上にあるときを検出するために、本デバイス内に組み込まれ得る。
【０１０３】
ステップ８４において、ＬＥＤは、通電され、所望の波長を身体部分に印加し、指紋検出、血管検出、脈拍等のために身体部分による局所化された光吸収を検出する。ＬＥＤは、同時にまたは連続的に通電され得る。ＬＥＤが連続的に通電される場合、光検出器は、光の吸収を通電されたＬＥＤに近接する身体部分における場所とより良好に関連付けるように、選択的に読み取られ得る。連続的照明は、任意のパターンであり得る。
【０１０４】
ステップ８６において、光検出器アレイからの信号が、列および行等によって走査され、アレイを横断する検出された光の相対的大きさを検出し、身体部分による光吸収の詳細な画像を効果的に取得する。
【０１０５】
ＬＥＤが連続的に通電される場合では、本方法は、次いで、付加的空間的吸収データを提供するために、各通電後にステップ８４に折り返し得る。
【０１０６】
ステップ８８において、未加工データが、ユーザの認証、医療分析等の結果を取得するために、モジュールのプロセッサによって処理される。
【０１０７】
光検出器および光源が、ディスプレイ部分自体に影響を及ぼさないように、ディスプレイ区域の外側に位置する実施形態を含む、種々の他の実施形態が、下記に開示される。したがって、ディスプレイ部分は、概して、従来のものであり得る。光検出器は、ディスプレイスクリーンを被覆する同一のガラスによって被覆される。バイオセンサ機能のために放出される光は、ディスプレイの縁部分から、またはディスプレイ部分とは別個の光源からであり得る。
【０１０８】
ディスプレイ部分が、身体部分によって反射された光が通過し下層光検出器アレイによって検出される分散された透明部分を含む実施形態もまた、説明される。
【０１０９】
図１４−１８は、センサがディスプレイ部分から側方に離間されるが、同一のディスプレイガラスまたはカバーガラスを使用する、統合されたディスプレイおよび光学センサを図示する。ディスプレイ区域９０は、任意の画像を表示するようにアドレス指定される、赤色、緑色、および青色ピクセルのアレイを含む。本デバイスは、スマートフォンディスプレイであり得る。ディスプレイ区域９０は、薄いディスプレイガラス９２（または他のタイプの光通過パネル）によって被覆され、これは、タッチスクリーンセンサ層を含み得る。
【０１１０】
ディスプレイ区域９０の活性区域は、審美目的のために黒色インク９４によって囲まれる。インクは、典型的には、黒色であるが、任意の色であり得る。
【０１１１】
ディスプレイ区域９０に隣り合って、同一のガラス９２を使用するセンサ区域９６がある。黒色インク９４がＩＲに不透過性である場合では、センサ区域９６は、インクを用いて被覆されないか、またはＩＲを通過させるＩＲインク９８を用いて被覆されるかのいずれかである。ＩＲインク９８は、黒色に見え得る。
【０１１２】
フォトダイオードダイ等の１つまたは複数の光学検出器要素１００が、ＩＲインク９８の下に搭載され、したがって、それらは、図１６に示されるように、ＩＲインクを通過する光を検出し得る。ＩＲ  ＬＥＤ等のＩＲエミッタ１０２が、センサ区域９６の上方のガラス９２に接触する身体部分に光を印加するために通電される。赤色等の他の波長ＬＥＤもまた、検出されるべき生物学的特性に応じて、センサ区域９６内にあり得る。身体部分が指であると仮定して、ＩＲ光または赤色光は、指の表面から部分的に反射され、また、指、特に、指紋の頂点がガラス９２に接触する場所に入射する。先に説明されるように、光の一部は、血液および血管によって、または血液中のある成分によって吸収され、吸収のパターンが、検出される。
【０１１３】
別の実施形態では、センサ区域９６によって放出される光は、白色光であり得、検出器要素１００は、センサ区域９６の正面の身体部分または印刷コードを含む任意の物体からの白色光の反射の画像を検出する。
【０１１４】
ディスプレイ区域９０から検出器要素１００およびＩＲエミッタ１０２を側方に離間することによって、ディスプレイ区域９０は、センサ区域９６によって影響を受けない。したがって、ディスプレイ区域９０は、非常に高い分解能のピクセルのアレイを有することができる。
【０１１５】
光学部が、検出器の光路の中に組み込まれ得る。例えば、光学部は、検出器ダイにわたって成形される、または検出器ダイに搭載され得る。代替として、光学部は、ディスプレイガラス９２またはＩＲインク９８上に成形される、もしくは別様にディスプレイガラス９２またはＩＲインク９８に搭載され得る。光学部はまた、随意に、ディスプレイガラス９２の中にエッチングされ得る。有機染料、誘電フィルタ、または金属誘電フィルタ等の光学フィルタもまた、光検出器ダイ上、ディスプレイガラス９２上、または光路内の任意の他の適切な要素上に直接配置され得る。検出器は、ピクセルのアレイまたは焦点面アレイを備え得る。
【０１１６】
図１６は、検出器要素１００をより詳細に図示する。反射された光１０４は、ＩＲインク９８を通過し、検出器要素１００によって検出され、これは、単一の検出器要素または検出器要素のアレイであり、指等の身体部分による光の反射／吸収の高分解能画像を生成し得る。
【０１１７】
別の実施形態では、検出器要素１００に到達する、身体部分内の光のある程度の散乱が存在するため、ディスプレイ区域９０内のＬＥＤは、身体部分から反射される光を供給する。
【０１１８】
図１４−１８のデバイスの利点は、センサ区域９６が、スマートフォンディスプレイであり得るディスプレイ区域９０の構造または動作に影響を及ぼさないことである。
【０１１９】
センサ区域９６は、認証のためにユーザの指紋および／または血管パターンを検出するために使用され得る。
【０１２０】
図１６に示されるように、検出器要素１００への電気的相互接続は、ＩＲインク９８上に堆積される導電性トレース１０６および１０８ならびに適切な相互接続１１０および１１２（例えば、導電性接着剤、はんだ等）を介してであり得る。導電性トレース１０６／１０８は、代替として、ガラス９２上に直接堆積され得、パターン化されたＩＲインク９８が、それらの上部上に堆積され得る。導電性トレース１０６／１０８は、例えば、導電性酸化物、導電性有機材料、半導体、金属、またはそれらの混合物から成り得る。相互接続１１０／１１２は、例えば、はんだ、金属、導電性ペースト、導電性フィルム、または異方性導電性要素から成り得る。検出器要素１００は、スタンドアロン光受容器またはその２次元もしくは線形アレイを備え得る、またはフォトダイオード等の１つもしくは複数の光受容器要素をアナログ電子回路ならびに随意のアナログ／デジタルコンバータ、デジタル制御論理、デジタル／アナログ回路、および処理回路と統合する要素を備え得る。検出器要素１００は、ＣＭＯＳ画像センサまたは類似するデバイスを備え得る。
【０１２１】
後部カバー１１３もまた、図１６に示される。
【０１２２】
図１７に示されるように、検出器要素１００への電気接続はまた、例えば、可撓性ＰＣＢ（フレックス回路）、ＰＣＢ、リボンコネクタ、ワイヤアセンブリ、または検出器要素１００の裏側に接続される任意の他の適切な要素によって、ガラス９２から独立して成され得る。金属トレース１１４が、本実施例において示される。検出器要素１００の裏側への電気接続はまた、ばねコネクタまたは他の類似する相互接続スキームを介して成され得る。そのようなスキームでは、検出器要素１００は、裏側照明（ＢＳＩ）ＣＭＯＳ画像センサにおいて使用されるもの等の技術を備え得る。
【０１２３】
ＬＥＤまたはＶＣＳＥＬ等の１つまたは複数の発光デバイスもまた、ガラス９２に搭載され得る。発光デバイスおよび検出器要素１００は、類似する方式でガラス９２に搭載され得る。光学部が、発光デバイスの光路の中に組み込まれ得る。例えば、光学部は、エミッタにわたって成形される、またはエミッタに搭載され得る。代替として、光学部は、ディスプレイガラス９２またはＩＲインク９８上に成形される、もしくは別様にディスプレイガラス９２またはＩＲインク９８に搭載され得る。光学部はまた、随意に、ディスプレイガラス９２の中にエッチングされ得る。有機染料、誘電フィルタ、または金属誘電フィルタ等の光学フィルタもまた、光検出器ダイ上、ディスプレイガラス上、または光路内の任意の他の適切な要素上に直接配置され得る。本場合では、光は、発光デバイスからＩＲインク９８を通して放出され、ディスプレイガラス９２の上方の、またはディスプレイガラス９２と接触する部分的に反射性の身体（ユーザの顔、手、または指等）に入射する。図１８に示されるように、ＩＲエミッタ１０２から放出された光１１７は、身体部分１１６から戻るように反射され（光線１１８）、検出器要素１００によって検出される。代替として、ディスプレイ自体が、エミッタとして使用され得、検出器要素１００は、ディスプレイから反射された光を単純に検出し得る。
【０１２４】
上記に与えられる実施例は、ＩＲインク９８の後方に位置付けられている検出器要素１００を備えるが、検出器要素１００は、いずれのインクも不在であるガラス９２上に位置付けられ得る。
【０１２５】
放出された光が、感知スキームの一部として要求される上記の実施例では、光エミッタをオンおよびオフにする時点における二重相関サンプリングが、反射された信号とバックグラウンド光との間を判別することに役立つことができる。
【０１２６】
図１９および図２０は、１つまたは複数の光学検出器要素１００が、裏側ガラス板１２０上等のディスプレイ１１９の裏側に搭載される、部分的透明ＯＬＥＤディスプレイ等の部分的に透明なディスプレイ１１９を図示する。ディスプレイ１１９は、図２０に示される意図的に透明な区域１２１（「透明ピクセル」）のアレイを備え得、その目的は、ディスプレイ１１９を通して光路を提供し、それによって、これを部分的に透明にすることである。そのような実施例では、部分的透明ディスプレイ１１９の後部に搭載される、フォトダイオードまたは他の光検出器のアレイであり得る検出器要素１００は、随意に、部分的透明ディスプレイ１１９のピクセルアレイに整合され得、したがって、検出器アレイ内の感光性要素は、部分的透明ディスプレイ１１９内の透明区域１２１の真下に位置する。身体部分１６から反射された光は、ディスプレイピクセル１２４から、または専用エミッタ１０２からであり得る。図１９では、光線１２５が、専用エミッタ１０２によって放出されるように示され、図２０では、光線１２６が、赤色ピクセル１２４によって放出されるように示される。反射された光１２７は、検出器要素１００によって検出されるように示される。
【０１２７】
光学部が、検出器要素１００の光路の中に組み込まれ得る。例えば、光学部は、検出器ダイにわたって成形される、または検出器ダイに搭載され得る。代替として、光学部は、裏側ガラス板１２０上に成形される、もしくは別様に裏側ガラス板１２０に搭載される、または裏側ガラス板１２０の中にエッチングされる、もしくは別様に裏側ガラス板１２０の中にパターン化され得る。有機染料、誘電フィルタ、または金属誘電フィルタ等の光学フィルタもまた、光検出器ダイ上、ディスプレイガラス上、または光路内の任意の他の適切な要素上に直接配置され得る。検出器要素１００は、ピクセルのアレイまたは焦点面アレイを備え得る。
【０１２８】
ディスプレイ要素のいずれかは、光源として使用され得、身体部分から反射された光は、検出器要素１００によって検出され得る。赤色、緑色、および青色ＬＥＤ１２４（ＲＧＢと標識化される）が、透明区域１２１に近接する各ディスプレイピクセル区域内に示される。典型的には、赤色、緑色、および青色アレイ状ピクセルを備える、ディスプレイピクセルアレイ自体は、随意に、赤外線放出ピクセル、紫外線放出ピクセル、または任意の他の適切な波長の放出ピクセルを含むように増強され得る。そのようなスキームでは、赤外線、紫外線、または他の適切な波長範囲内で放出するＯＬＥＤ材料が、使用され得る。マイクロＬＥＤディスプレイの場合では、例えば、それぞれ、ＡｌｘＩｎｙＧａｚＰおよびＡｌｘＧａｙＮから作製される赤外線および紫外線ＬＥＤは、赤色、緑色、および青色ＬＥＤピクセルアレイの一部として組み込まれ得、他の適切な波長は、これらの同一の材料または他の化合物半導体合金によって生成され得る。
【０１２９】
代替として、１つまたは複数の別個の光学エミッタ１０２が、部分的透明ディスプレイ１１９の後方に搭載され得る。これらのエミッタ１０２からの光は、部分的透明ディスプレイ１１９を通して透過され、外部の身体部分１１６から反射され、検出器要素１００によって検出され得る。光学部が、エミッタ１０２の光路の中に組み込まれ得る。例えば、光学部は、エミッタダイにわたって成形される、またはエミッタダイに搭載され得る。代替として、光学部は、裏側ガラスパネル１２０上に成形される、もしくは別様に裏側ガラスパネル１２０に搭載される、または裏側ガラスパネル１２０の中にエッチングされる、もしくは別様に裏側ガラスパネル１２０の中にパターン化され得る。有機染料、誘電フィルタ、または金属誘電フィルタ等の光学フィルタもまた、光検出器ダイ上、ディスプレイガラス上、または光路内の任意の他の適切な要素上に直接配置され得る。
【０１３０】
図１４の設計と同様に、別個のエミッタが、代替として、ディスプレイの側に沿って搭載され得る。これらの別個のエミッタは、赤外線エミッタ、紫外線エミッタ、または任意の適切な波長のエミッタを備え得、例えば、ＬＥＤまたは蛍光体変換ＬＥＤを備え得る。代替として、カメラフラッシュ、インジケータＬＥＤ、他の光学通信リンクの中に組み込まれる光源、または任意の他の光源等の最終製品内の別個のエミッタが、照明源として使用され得、それによって、近接する身体から反射された信号が、検出され得る。加えて、先に説明されるように、光源は、ディスプレイガラスに縁結合され得、ディスプレイガラスは、光が身体部分およびディスプレイガラスの接触点において逃散するまで、ＴＩＲによって光を内部で拡散する。
【０１３１】
図２１は、ＡＭＯＬＥＤディスプレイ等のディスプレイ１３０内の単一のピクセルを図示し、これは、低温多結晶質シリコン（ＬＰＴＳ）、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）、または結晶性シリコンにおいて形成される薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイ１３４を備える半導体バックプレーン１３２をさらに備える。そのような実施形態では、１つまたは複数の感光性検出器要素１００が、表面有機エレクトロルミネセンス層の堆積に先立って、半導体バックプレーン１３２内に形成される。検出器要素１００は、例えば、ｐ−ｉ−ｎフォトダイオード等のフォトダイオードを備え得る。ＯＬＥＤ材料が、赤色、緑色、および青色サブピクセル１３５を形成するために、ＴＦＴアレイ１３４にわたって成長または堆積され得る。赤外線サブピクセルもまた、アレイの一部としてそのように形成され得る。光学部１３６が、随意に、検出器要素１００にわたって形成される、または別様に配置され得る。そのような光学部は、例えば、フォトレジストリフロープロセスまたは印刷プロセスによって形成される、例えば、レンズを備え得る。１つまたは複数の検出器要素１００は、ディスプレイに直接統合される光学検出器または検出器アレイとして使用され得る。光線１３８もまた、示される。
【０１３２】
有機染料、誘電フィルタ、または金属誘電フィルタ等の光学フィルタが、随意に、特定の波長に対する感光性を有するピクセルをもたらすように、検出器要素１００にわたって組み込まれ得る。例えば、赤色、緑色、青色、シアン色、マゼンタ色、黄色、ＩＲ、およびＵＶ吸収染料が、随意に、色感知または分光法が可能なマルチピクセル検出器を提供するように、異なる検出器要素にわたって配置され得る。ＯＬＥＤ材料自体は、随意に、フォトダイオードにわたって配置され、赤色、青色、および青色ＯＬＥＤ材料は全て、異なる吸収スペクトルを有し、したがって、固有の光学フィルタとして作用し得る。
【０１３３】
図２２は、統合されたディスプレイおよび検出器の別の実施形態を示し、図２３は、図２２のディスプレイ／検出器内の単一のピクセル区域を示す。
【０１３４】
フルカラーディスプレイ１４０が、低温多結晶質シリコン（ＬＰＴＳ）、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）、または結晶性シリコンにおいて形成される薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイを備えるＴＦＴ−ＬＣＤ等のバックプレーン１４２を含む。トランジスタは、透明ガラス基板１４６（図２３）上に堆積されるパターン化およびドープされた非晶質シリコンであり得、ＩＴＯ等のパターン化された導体は、透明であり得る。薄膜トランジスタ１４７のアレイは、ＬＣＤ層１４８とともにガラス基板１４６上に形成され、トランジスタ１４４は、従来の列および行デコーダによってオンにされ、各ＬＣＤピクセルを制御し、そのうちの１つが、図２３に示される。
【０１３５】
青色、赤色、および緑色フィルタ等の色フィルタ１５０が、青色、赤色、および緑色サブピクセルを形成するために、ＬＣＤ層１４８の上方または下方に形成される。赤外線サブピクセルもまた、ピクセルの一部としてそのように形成され得る。黒色マスク１５２が、サブピクセルをより良好に光学的に分離するために、上部ディスプレイガラス１５４上に印刷される。
【０１３６】
バックプレーン１４２のディスプレイ部分は、従来のものであり得る。
【０１３７】
白色バックライト１５６が、バックプレーン１４２の下方に位置付けられ、ＬＣＤサブピクセルは、制御可能なシャッタのように作用し、ピクセル毎に選択された量の青色、赤色、および緑色光を放出し、広い色域を生成する。
【０１３８】
フォトリソグラフィが、バックプレーン１４２を形成するために一般的に使用され、非常に高い分解能が、取得されることができる。
【０１３９】
検出器を用いてそのようなディスプレイを増強するために、非晶質シリコンフォトダイオード等の１つまたは複数の感光性要素１５８もまた、フォトリソグラフィによってバックプレーン１４２上に堆積およびパターン化される。フォトダイオードは、ＴＦＴアレイ内に形成され、付加的マスキングステップを使用して形成されるシリコントランジスタ１４７の変形であり得る。ＴＦＴアレイおよびフォトダイオードは、ガラス基板１４６上の同一の平面内に形成され得る。基板１４６上の好適な導体が、フォトダイオードを検出器回路に接続する。フォトダイオードは、ディスプレイ区域の外側にある、またはディスプレイ区域全体を通して分散され得る。感光性要素１５８は、例えば、ｐ−ｉ−ｎフォトダイオード等のフォトダイオードを備え得る。
【０１４０】
図２２に示されるように、ＩＲエミッタ１５９または他のピーク波長ＬＥＤは、ディスプレイガラス１５４の縁に光学的に結合され、ディスプレイガラス１５４は、導波路として使用され、ＩＲ光１６４を拡散し、バックプレーン１４２から離れるように光検出器要素１５８の上方にのみＩＲ光１６４を放出する。先に説明されるように、光は、身体部分１１６がディスプレイガラス１５４に接触する区域においてのみディスプレイガラス１５４から抽出される。身体部分が、ディスプレイガラスに接触する必要がない場合、ディスプレイガラス１５４の表面は、導波光を抽出するために、光検出器要素１５８にわたって粗面化され得る。ディスプレイガラスは、ピクセルのディスプレイ部分にわたってクリアであり得る。
【０１４１】
ＩＲフィルタ１６２もまた、ディスプレイガラス１５４の底面上に印刷され得、ＲＧＢ色フィルタ１５０と平面であり得る。
【０１４２】
図２３は、バックライト１５６を示し、バックライト１５６は、検出器のための光１６８を提供するが、検出器のための光は、図２２に示されるように、ディスプレイガラス１５４の縁に結合され得る。
【０１４３】
光学部が、随意に、感光性要素１５８にわたって形成される、または別様に配置され得る。そのような光学部は、例えば、フォトレジストリフロープロセスまたは印刷プロセスによって形成される、例えば、レンズを備え得る。この１つまたは複数の感光性要素は、ディスプレイに直接統合される光学検出器または検出器アレイとして使用され得る。そのような例示では、光遮断層が、バックライトによる感光性要素の直接照明を遮断するように、成長基板と感光性要素との間に組み込まれることができる。
【０１４４】
有機染料、誘電フィルタ、または金属誘電フィルタ等の光学フィルタが、随意に、特定の波長に対する感光性を有するピクセルをもたらすように、検出器ピクセルにわたって組み込まれ得る。例えば、赤色、緑色、青色、シアン色、マゼンタ色、黄色、ＩＲ、およびＵＶ吸収染料が、随意に、色感知または分光法が可能なマルチピクセル検出器を提供するように、異なる検出器ピクセルにわたって配置され得る。標準的ＬＣＤ色フィルタ材料自体が、随意に、フォトダイオードにわたって配置され得る。
【０１４５】
いくつかの実施形態では、検出器ピクセルはまた、ＬＣＤ要素の直下に配置され得、したがって、ＬＣＤマトリクスは、検出器ピクセルをシャッタ閉鎖するために使用され、アレイによる画像の捕捉を促進し得る。
【０１４６】
図２２では、ディスプレイ部分は、通常、任意の画像または命令を表示するように動作する一方、図２２のＩＲ  ＬＥＤ１５９は、ディスプレイガラス１５４に、ＩＲ光を光検出器要素１５８の区域内に放出させるように通電される。放出された光は、光検出器要素１５８に近接するディスプレイガラス１５４の上方の、またはディスプレイガラス１５４と接触する身体部分１１６によって反射および吸収され、光検出器要素１５８からの信号は、検出器回路によって処理され、指紋、血管、顔認識、それらの組み合わせ等の身体部分１１６の特性を識別する。光検出器要素１５８は、所望の分解能に応じて、任意の数のピクセルを備え得る。故に、検出のための全ての放出は、ＩＲ  ＬＥＤ１５９等の側面発光源によって生成され、したがって、いかなるディスプレイピクセル区域も、ＩＲエミッタによって占められない。
【０１４７】
ガラスが人間の組織と接触する点において、ガラス１５４および人間の組織の近接する屈折率は、光が組織の中に透過されるようにする。光は、次いで、減衰され、組織から検出器アレイ上に後方散乱され、光は、検出器アレイから検出され得る。バイオ認証シグネチャまたはバイオメトリックデータが、この検出された光から確認されることができる。
【０１４８】
ＩＲ以外の波長は、特に、顔認識に関して、他の生物学的特性を検出するために使用され得る。
【０１４９】
一実施形態では、ディスプレイ部分は、従来の画像を表示するために高分解能であり得る一方、検出器部分は、ディスプレイガラスの下の検出部分の場所を識別するために、低分解能可視光ピクセルを含み得る。例えば、検出部分内の発光ピクセル（例えば、ＲＧＢまたは白色）は、検出器区域の輪郭を提供する、またはユーザに対する単純な命令を識別し得る。そのような実施形態では、ディスプレイ部分内のピクセルは、検出区域内の発光ピクセルから独立して動作する。検出器区域内の発光ピクセルはまた、検出されるべき身体部分のための照明ピクセルとしての役割を果たし得る。
【０１５０】
全ての実施形態では、図１の検出回路および制御回路は、本デバイスに統合され得る。
【０１５１】
本発明の特定の実施形態が示され、説明されたが、変更および修正が、そのより広い側面において、本発明から逸脱することなく成され得、したがって、添付される特許請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲内である、全てのそのような変更および修正をそれらの範囲内に包含すべきであることが、当業者に明白となる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【手続補正書】
【提出日】平成31年2月5日(2019.2.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオセンサデバイスであって、
光通過パネルを有するディスプレイ部分であって、前記ディスプレイ部分は、画像を生成するためにピクセルの２次元アレイから光を放出し、前記ピクセルは、ピーク波長の第１のセットを有する光を生成する、ディスプレイ部分と、
前記ディスプレイ部分内に分散され、前記ディスプレイ部分の上に置かれる人物の身体部分によって部分的に反射および吸収されるように、前記光通過パネルを通して光を放出するように構成された光源の２次元アレイと、
前記ディスプレイ部分内に分散され、少なくとも前記身体部分によって戻るように反射された光を検出するように配列された光検出器の２次元アレイであって、前記光検出器は、前記戻るように反射された光に対応する第１の信号を生成する、光検出器の２次元アレイと、
前記光検出器に結合され、前記身体部分の特性を決定するために前記第１の信号を分析するために構成された検出回路と
を備える、デバイス。
【請求項２】
前記ピクセルは、赤色、緑色、および青色光を生成し、前記光源は、赤外光を生成する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記光源は、前記ディスプレイ部分内の前記ピクセルから側方に離間される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記光源は、発光ダイオードを備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記光源は、異なるピーク波長の光を放出する発光ダイオードを備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記光源は、血管によって吸収される波長の光を放出する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記身体部分から反射された光の角度範囲を限定するために、前記光検出器にわたるレンズをさらに備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記身体部分の中への特定の距離のみから、前記身体部分から反射された光を前記光検出器上に集束させるために、前記光検出器にわたるレンズをさらに備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記デバイスに統合された非光学センサをさらに備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記非光学センサは、前記身体部分によってタッチするための電極を備える、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記身体部分は、指を備え、前記デバイスは、指紋を検出するように構成されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記身体部分は、指を備え、前記デバイスは、前記指内の血管を検出するように構成されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記身体部分は、指を備え、前記デバイスは、前記指における指紋および血管の両方を検出するように構成されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記デバイスに統合されたプロセッサをさらに備え、前記プロセッサは、前記光源の通電および前記光検出器によって受け取られる前記反射された光の検出を制御する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１５】
プロセッサをさらに備え、前記プロセッサは、前記光検出器からのデータを処理し、前記データを記憶されたデータと比較し、前記デバイスのユーザの認証を示すように構成されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１６】
プロセッサをさらに備え、前記光源は、複数の発光ダイオードを備え、前記プロセッサは、前記光検出器からの信号が前記プロセッサによって読み取られ、処理されている間、連続的に照明されるように前記発光ダイオードを制御するように構成されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１７】
プロセッサをさらに備え、前記プロセッサは、前記身体部分の光反射画像を検出し、前記身体部分内の前記光の吸収の区域を決定するように構成されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記光検出器からのデータを処理するように構成されたプロセッサをさらに備え、前記プロセッサは、ジェスチャを検出するために前記身体部分の移動を検出する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１９】
バイオセンサデバイスであって、
光通過パネルを有するディスプレイ部分であって、前記ディスプレイ部分は、画像を生成するためにピクセルの２次元アレイから光を放出し、前記ピクセルは、ピーク波長の第１のセットを有する光を生成する、ディスプレイ部分と、
前記光通過パネルの縁に近接して光学的に結合された光源であって、前記光通過パネルは、光ガイドとして作用することにより、前記光源からの前記光を誘導し、前記光源からの前記光を前記光通過パネルの発光面を通して放出し、前記光源は、前記画像を生成するために使用される前記ディスプレイ部分内のピクセル以外のものである、光源と、
前記光通過パネルに接触する身体部分によって戻るように反射された光を検出するように配列された光検出器の２次元アレイであって、前記光源からの光は、前記身体部分が前記ディスプレイ部分を覆って前記光通過パネルに接触する区域において、前記光通過パネルから抽出され、前記光検出器は、前記戻るように反射された光に対応する第１の信号を生成する、光検出器の２次元アレイと、
前記光検出器に結合され、前記身体部分の特性を決定するために前記第１の信号を分析するために構成された検出回路と
を備える、デバイス。
【請求項２０】
前記検出回路は、指紋を検出し、前記指紋の頂点は、前記光通過パネルに接触し、前記光通過パネルから光を抽出する、請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記検出回路は、前記指内の血管パターンも検出する、請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記検出回路は、前記指における指紋および血管の組み合わせられたパターンを検出する、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記ディスプレイ部分の各ピクセルは、異なる色の光を放出するサブピクセルを備え、前記光源は、前記サブピクセルのうちの少なくとも１つを備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記サブピクセルは、青色、緑色、および赤色サブピクセルを備え、前記光源は、前記赤色サブピクセルのうちの少なくともいくつかを含む、請求項１に記載のデバイス。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
そのようなデバイスの種々の他の設計および使用も、説明される。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
バイオセンサデバイスであって、
光通過パネルを有するディスプレイ部分であって、前記ディスプレイ部分は、画像を生成するためにピクセルにおいて光を放出し、前記ピクセルは、ピーク波長の第１のセットを有する光を生成する、ディスプレイ部分と、
前記光通過パネルの一部を通して光を受け取るように構成された検出器部分であって、前記検出器部分は、前記光を放出するディスプレイ部分内の前記ピクセルから側方に離間される、検出器部分と、
人物の身体部分によって部分的に反射および吸収されるように、前記光通過パネルを通して光を放出するように構成された光源であって、前記光源は、前記画像を生成するために使用される前記ディスプレイ部分内の前記ピクセル以外のものである、光源と、
前記ディスプレイ部分内の前記ピクセルから側方に離間され、少なくとも前記身体部分によって戻るように反射された光を検出するように配列された、前記検出器部分内の１つまたは複数の光検出器であって、前記光検出器は、前記戻るように反射された光に対応する第１の信号を生成する、光検出器と、
前記１つまたは複数の光検出器に結合され、前記身体部分の特性を決定するために前記第１の信号を分析するために構成された検出回路と
を備える、デバイス。
（項目２）
前記ピクセルは、赤色、緑色、および青色光を生成し、前記光源は、赤外光を生成する、項目１に記載のデバイス。
（項目３）
前記光源は、前記光通過パネルの縁に近接して光学的に結合され、前記光通過パネルは、導波路として作用することにより、前記光源からの前記光を誘導し、前記光源からの前記光を前記光通過パネルの発光面を通して放出する、項目１に記載のデバイス。
（項目４）
前記光通過パネルは、光が、実質的に、前記身体部分が前記発光面と直接接触している前記光通過パネルの前記発光面を通してのみ放出されるように構成されている、項目３に記載のデバイス。
（項目５）
前記光源は、前記ディスプレイ部分内の前記ピクセルから側方に離間される、項目１に記載のデバイス。
（項目６）
前記光源は、１つまたは複数の発光ダイオードを備える、項目１に記載のデバイス。
（項目７）
前記光源は、異なるピーク波長の光を放出する発光ダイオードを備える、項目１に記載のデバイス。
（項目８）
前記光源は、血管によって吸収される波長の光を放出する、項目１に記載のデバイス。
（項目９）
前記光源は、光ガイドを備え、１つまたは複数の発光ダイオードからの光は、前記光ガイドに光学的に結合され、前記光ガイドは、その表面を通して光を放出するために構成されている、項目１に記載のデバイス。
（項目１０）
前記光通過パネルは、前記光ガイドである、項目９に記載のデバイス。
（項目１１）
前記１つまたは複数の光検出器は、前記身体部分から反射された光が、前記１つまたは複数の光検出器による検出のために前記光ガイドを通過するように、前記光ガイドの後方に位置する、項目９に記載のデバイス。
（項目１２）
前記身体部分から反射された光の角度範囲を限定するために、前記１つまたは複数の光検出器にわたるレンズをさらに備える、項目１に記載のデバイス。
（項目１３）
前記身体部分の中への特定の距離のみから、前記身体部分から反射された光を前記１つまたは複数の光検出器上に集束させるために、前記光検出器にわたるレンズをさらに備える、項目１に記載のデバイス。
（項目１４）
前記デバイスに統合された非光学センサをさらに備える、項目１に記載のデバイス。
（項目１５）
前記非光学センサは、前記身体部分によってタッチするための電極を備える、項目１４に記載のデバイス。
（項目１６）
前記身体部分は、指を備え、前記デバイスは、指紋を検出するように構成されている、項目１に記載のデバイス。
（項目１７）
前記身体部分は、指を備え、前記デバイスは、前記指内の血管を検出するように構成されている、項目１に記載のデバイス。
（項目１８）
前記身体部分は、指を備え、前記デバイスは、前記指における指紋および血管の両方を検出するように構成されている、項目１に記載のデバイス。
（項目１９）
前記デバイスに統合されたプロセッサをさらに備え、前記プロセッサは、前記光源の通電および前記１つまたは複数の光検出器によって受け取られる前記反射された光の検出を制御する、項目１に記載のデバイス。
（項目２０）
プロセッサをさらに備え、前記プロセッサは、前記光検出器からのデータを処理し、前記データを記憶されたデータと比較し、前記デバイスのユーザの認証を示すように構成されている、項目１に記載のデバイス。
（項目２１）
プロセッサをさらに備え、前記光源は、複数の発光ダイオードを備え、前記プロセッサは、前記光検出器のうちの１つまたは複数のものからの信号が前記プロセッサによって読み取られ、処理されている間、連続的に照明されるように前記発光ダイオードを制御するように構成されている、項目１に記載のデバイス。
（項目２２）
プロセッサをさらに備え、前記プロセッサは、前記身体部分の光反射画像を検出し、前記身体部分内の前記光の吸収の区域を決定するように構成されている、項目１に記載のデバイス。
（項目２３）
前記１つまたは複数の光検出器からのデータを処理するように構成されたプロセッサをさらに備え、前記プロセッサは、ジェスチャを検出するために前記身体部分の移動を検出する、項目１に記載のデバイス。
（項目２４）
バイオセンサデバイスであって、
光通過パネルを有するディスプレイ部分であって、前記ディスプレイ部分は、画像を生成するためにピクセルにおいて光を放出し、前記ピクセルは、ピーク波長の第１のセットを有する光を生成する、ディスプレイ部分と、
前記光通過パネルの縁に近接して光学的に結合された光源であって、前記光通過パネルは、光ガイドとして作用することにより、前記光源からの前記光を誘導し、前記光源からの前記光を前記光通過パネルの発光面を通して放出し、前記光源は、前記画像を生成するために使用される前記ディスプレイ部分内のピクセル以外のものである、光源と、
前記光通過パネルに接触する身体部分によって戻るように反射された光を検出するように配列された１つまたは複数の光検出器であって、前記光源からの光は、前記身体部分が前記光通過パネルに接触する区域において、前記光通過パネルから抽出され、前記光検出器は、前記戻るように反射された光に対応する第１の信号を生成する、光検出器と、
前記１つまたは複数の光検出器に結合され、前記身体部分の特性を決定するために前記第１の信号を分析するために構成された検出回路と
を備える、デバイス。
（項目２５）
前記１つまたは複数の光検出器は、前記ディスプレイ部分から側方に離間される、項目２４に記載のデバイス。
（項目２６）
前記１つまたは複数の光検出器は、前記ディスプレイ部分内に分散される、項目２４に記載のデバイス。
（項目２７）
前記検出回路は、指紋を検出し、前記指紋の頂点は、前記光通過パネルに接触し、前記光通過パネルから光を抽出する、項目２４に記載の検出器。
（項目２８）
前記検出回路は、前記指内の血管パターンも検出する、項目２７に記載の検出器。
（項目２９）
前記検出回路は、前記指における指紋および血管の組み合わせられたパターンを検出する、項目２８に記載の検出器。
【国際調査報告】
2019525290.tif 000026
2019525290.tif 000027