JP6584898B2 - Display with position detection function in 3D space - Google Patents

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Description

本発明は、ディスプレイ前方に規定した三次元空間内における検出対象物の位置検出を、簡便かつ安価に実現することのできる三次元空間内位置検出機能付きディスプレイに関する。   The present invention relates to a display with a position detection function in a three-dimensional space that can easily and inexpensively detect the position of a detection target in a three-dimensional space defined in front of the display.

特別な眼鏡を使用せずに、裸眼において立体表示を行うことができる裸眼3Dディスプレイ技術がある。この技術を適用する場合には、視聴位置によって最適表示のための画像データが異なる。このため、視聴位置を検出・トラッキングして、最適表示を実現する機能を表示装置側に設けることがある(例えば、非特許文献1参照)。   There is a naked-eye 3D display technology that can perform stereoscopic display with the naked eye without using special glasses. When this technique is applied, image data for optimal display differs depending on the viewing position. For this reason, a function for detecting / tracking the viewing position and realizing optimum display may be provided on the display device side (see, for example, Non-Patent Document 1).

図8は、非特許文献1における視聴位置の検出・トラッキング手法に関する説明図である。この非特許文献1では、表示装置に取り付けた小型カメラで表示画像の前面を画像撮影し、その画像を解析して、視聴者の頭部などを検出・トラッキングしている。   FIG. 8 is an explanatory diagram related to a viewing position detection / tracking technique in Non-Patent Document 1. In Non-Patent Document 1, the front surface of a display image is photographed with a small camera attached to a display device, and the image is analyzed to detect and track the viewer's head and the like.

また、上述したような小型カメラを用いる手法とは別に、ディスプレイに薄膜光センサを付加する試みがある(例えば、非特許文献2、3参照)。図9は、非特許文献2において薄膜光センサをディスプレイに付加した具体例を示した図であり、図10は、非特許文献3において薄膜光センサをディスプレイに付加した具体例を示した図である。   In addition to the method using a small camera as described above, there is an attempt to add a thin film optical sensor to a display (for example, see Non-Patent Documents 2 and 3). FIG. 9 is a diagram illustrating a specific example in which a thin film photosensor is added to a display in Non-Patent Document 2, and FIG. 10 is a diagram illustrating a specific example in which a thin film photosensor is added to a display in Non-Patent Document 3. is there.

薄膜光センサをディスプレイに付加するに当たっては、全部または一部の表示画素内に、薄膜光センサを埋め込む、表示画素の一部を薄膜光センサ画素で置き換える、表示画素と薄膜光センサ画素とを混在させる、あるいは薄膜光センサのみを有する画素を別途設けるなどが試みられている。薄膜光センサアレイは、密着型の画像スキャナや指紋センサなどへの適用例がある。   When adding a thin film photosensor to a display, a thin film photosensor is embedded in all or some of the display pixels, a part of the display pixel is replaced with a thin film photosensor pixel, and a display pixel and a thin film photosensor pixel are mixed. Attempts have been made to provide a separate pixel having only a thin film photosensor. Thin film photosensor arrays have application examples for contact image scanners, fingerprint sensors, and the like.

「三次元でモノを見る」国立情報学研究所 後藤田 洋信"Seeing things in three dimensions" National Institute of Informatics Hironobu Gotoda Fingerprint sensing techniques (Dr. Hsu, Wen−Hsing)、http://fingerchip.pagesperso−orange.fr/biometrics/types/fingerprint_sensors_physics.htmFingerprint sensing techniques (Dr. Hsu, Wen-Hsing), http: // fingerchip. pagesperso-orange. fr / biometrics / types / fingerprint_sensors_physics. htm 電子情報通信学会2014年総会大会[C−9−5]、「周波数変調出力方式の薄膜フォトセンサ」IEICE 2014 General Meeting [C-9-5], “Frequency Modulation Output Thin Film Photosensor”

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
上述したように、ディスプレイに組み込まれた薄膜光センサは、指紋センサやタッチといったディスプレイに検出対象を密着させる場合の情報入力に対しては、適用されている。ただし、Hover入力のような非接触の情報入力、または、通常のカメラにおけるCCDあるいはCMOSイメージセンサの場合とは異なり、離れた位置の被写体を撮影して、その画像を解析して入力情報を取得する目的では適用されていない。よって、裸眼3Dディスプレイにおける薄膜光センサの適用例もない。
However, the prior art has the following problems.
As described above, the thin film light sensor incorporated in the display is applied to information input when a detection target is brought into close contact with a display such as a fingerprint sensor or a touch. However, unlike the case of non-contact information input such as Hover input, or a CCD or CMOS image sensor in a normal camera, a subject at a distant position is photographed, and the image is analyzed to obtain input information. It is not applied for the purpose. Therefore, there is no application example of the thin film light sensor in the naked-eye 3D display.

また、非特許文献1のように、表示装置に小型カメラを取り付けてディスプレイ前面を画像撮影する場合には、それに伴う機器の大型化やコスト増加の問題があった。   Further, as in Non-Patent Document 1, when a small camera is attached to a display device and an image is captured on the front surface of the display, there are problems of increase in size and cost associated with the equipment.

ここで、薄膜光センサをディスプレイに組み込む従来技術における問題点について説明する。従来技術において、薄膜光センサの上方は、より多くの入射光を得るために、広く開口させていた。そのため、1個の薄膜光センサに対して広範囲の方向からの光が混ざって入射していた。   Here, problems in the prior art in which a thin film photosensor is incorporated in a display will be described. In the prior art, the upper portion of the thin film photosensor has been widely opened in order to obtain more incident light. For this reason, light from a wide range of directions is incident on one thin film optical sensor.

すなわち、薄膜光センサアレイにおいては、薄膜光センサアレイより離れた位置に物体がある場合、その物体の非常に広範囲の情報が1個の薄膜光センサに入射することによって、物体の像を結ぶのが困難であった。通常のカメラであれば、フォーカスが全く合っていない状態と同様である。   That is, in a thin film photosensor array, when an object is located at a position distant from the thin film photosensor array, a very wide range of information on the object is incident on one thin film photosensor, thereby forming an image of the object. It was difficult. If it is a normal camera, it is the same as the state which is not in focus at all.

通常のカメラとは異なって、ディスプレイの前面に集光レンズの設置が困難であることもまた、薄膜光センサアレイにおける精細な画像の撮影を妨げる大きな要因である。   Unlike a normal camera, it is difficult to install a condensing lens in front of the display, which is also a major factor that hinders the capture of fine images in the thin film photosensor array.

さらに、通常のカメラの場合であれば、撮影した高精細な画像を解析して、必要な情報を抽出するといった画像処理に基づく情報取得手法が適用される。しかしながら、ディスプレイに組み込んだ薄膜光センサの場合には、こういった従来の画像処理ベースの情報取得手法は、適用困難である。   Furthermore, in the case of a normal camera, an information acquisition method based on image processing such as analyzing a captured high-definition image and extracting necessary information is applied. However, in the case of a thin film optical sensor incorporated in a display, such a conventional image processing-based information acquisition method is difficult to apply.

すなわち、薄膜光センサを用いて三次元空間における位置検出機能を実現するためには、薄膜光センサに光検出の指向性を付与し、さらに、薄膜光センサの特性に合った、従来の画像処理ベースの手法とは異なる位置検出手法を、併せて適用することが必要である。   That is, in order to realize a position detection function in a three-dimensional space using a thin film photosensor, conventional thin film photosensors are given directivity for light detection, and further, conventional image processing that matches the characteristics of the thin film photosensor. It is necessary to apply a position detection method different from the base method.

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、薄膜光センサの集光特性を改善するとともに、改善された薄膜光センサが組み込まれたディスプレイを用いた機器において、ディスプレイ前方に規定した三次元空間内での検出対象の位置検出を実現することのできる三次元空間内位置検出機能付きディスプレイを得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and improves the light collection characteristics of a thin film photosensor, and in a device using a display in which the improved thin film photosensor is incorporated. It is an object of the present invention to obtain a display with a position detection function in a three-dimensional space that can realize the position detection of a detection target in a three-dimensional space defined in front.

本発明に係る三次元空間内位置検出機能付きディスプレイは、光電変換領域を備え、光電変換領域での受光量に応じて光検出を行うとともに、受光面である光電変換領域の上方に、光検出に指向性を持たせる構造体をさらに備えた薄膜光センサが、任意の端辺領域に列状配置を有するように複数配置されたディスプレイであって、製造段階において、受光面と対向する平面内で、光電変換領域に対する構造体の相対的な位置関係を所望の位置に変位させることで、指向性を持たせた光検出の主検出方向が所望の方向に設定された複数配置された薄膜光センサを有するディスプレイと、所望の方向に設定された各薄膜光センサのそれぞれの主検出方向によってディスプレイの前方の空間内に規定された三次元検出空間において、各薄膜光センサの組合せによる検出結果に基づいて、三次元検出空間内での検出対象の位置を特定する検出部とを備えるものである。   The display with a position detection function in a three-dimensional space according to the present invention includes a photoelectric conversion region, performs light detection according to the amount of light received in the photoelectric conversion region, and detects light above the photoelectric conversion region which is a light receiving surface. A thin film photosensor further comprising a structure for providing directivity to the display is a display in which a plurality of thin film photosensors are arranged so as to have a columnar arrangement in an arbitrary edge region, and in a plane facing the light receiving surface in the manufacturing stage Thus, by displacing the relative positional relationship of the structure with respect to the photoelectric conversion region to a desired position, a plurality of arranged thin film lights in which the main detection direction of light detection with directivity is set to the desired direction Each thin film light sensor in a three-dimensional detection space defined in the space in front of the display by the main detection direction of each thin film light sensor set in a desired direction with the display having the sensor Based on the detection result by the combination, in which and a detector for identifying the position of the detection object in the three-dimensional detection space.

本発明によれば、光検出に指向性を持たせる構造を備えた薄膜光センサを実現できるとともに、薄膜光センサによる列を、ディスプレイ端辺の画素列に埋め込むことで、ディスプレイ前方に規定した三次元空間内での位置検出機能を併せ持つディスプレイを実現できる。この結果、薄膜光センサの集光特性を改善するとともに、改善された薄膜光センサが組み込まれたディスプレイを用いた機器において、ディスプレイ前方に規定した三次元空間内での検出対象の位置検出を実現することのできる、薄膜光センサ、および三次元空間内位置検出機能付きディスプレイを得ることができる。   According to the present invention, it is possible to realize a thin film photosensor having a structure for imparting directivity to light detection, and by embedding a column by the thin film photosensor in a pixel column on the edge of the display, a tertiary defined in front of the display. A display having a position detection function in the original space can be realized. As a result, the light-collecting characteristics of the thin-film photosensor are improved, and the position of the target to be detected in the three-dimensional space defined in front of the display is realized in equipment using a display incorporating the improved thin-film photosensor. It is possible to obtain a thin film photosensor and a display with a position detection function in a three-dimensional space.

本発明の実施の形態1における、光検出の指向性を有する薄膜光センサの構造例を示した図である。It is the figure which showed the structural example of the thin film optical sensor which has the directivity of light detection in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る薄膜光センサにおいて、微小孔の位置を変位させることで、光検出の指向性を所望の方向に設定する方法を示した説明図である。In the thin film optical sensor which concerns on Embodiment 1 of this invention, it is explanatory drawing which showed the method of setting the directivity of light detection to a desired direction by displacing the position of a micropore. 本発明の実施の形態1における光検出指向性を付与した薄膜光センサの、諸条件における光検出特性(1)を示した図である。It is the figure which showed the light detection characteristic (1) in various conditions of the thin film photosensor which provided the light detection directivity in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における光検出指向性を付与した薄膜光センサの、諸条件における光検出特性(2)を示した図である。It is the figure which showed the light detection characteristic (2) in various conditions of the thin film optical sensor which provided the light detection directivity in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る光検出指向性を有する薄膜光センサを組み込んだディスプレイにおける、ディスプレイ前方の三次元空間内における位置検出の第1の実施例を示した図である。It is the figure which showed the 1st Example of the position detection in the three-dimensional space ahead of a display in the display incorporating the thin film optical sensor which has the light detection directivity based on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る光検出指向性を有する薄膜光センサを組み込んだディスプレイにおける、ディスプレイ前方の三次元空間内における位置検出の第2の実施例を示した図である。It is the figure which showed the 2nd Example of the position detection in the three-dimensional space ahead of a display in the display incorporating the thin film optical sensor which has the light detection directivity based on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る光検出指向性を有する薄膜光センサを組み込んだディスプレイにおける、ディスプレイ前方の三次元空間内における位置検出の第3の実施例を示した図である。It is the figure which showed the 3rd Example of the position detection in the three-dimensional space ahead of a display in the display incorporating the thin film optical sensor which has the light detection directivity based on Embodiment 1 of this invention. 非特許文献1における視聴位置の検出・トラッキング手法に関する説明図である。It is explanatory drawing regarding the detection and tracking technique of the viewing-and-listening position in a nonpatent literature 1. 非特許文献2において薄膜光センサをディスプレイに付加した具体例を示した図である。It is the figure which showed the specific example which added the thin film photosensor to the display in the nonpatent literature 2. FIG. 非特許文献3において薄膜光センサをディスプレイに付加した具体例を示した図である。It is the figure which showed the specific example which added the thin film photosensor in the nonpatent literature 3 to the display.

以下、本発明の三次元空間内位置検出機能付きディスプレイの好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。
本発明は、ディスプレイに埋め込まれる薄膜光センサにおいて光検出の指向性を付与したこと、および、指向性が付与された薄膜光センサに基づいて、ディスプレイ前面の三次元空間における物体の位置検出機能を実現すること、を技術的特徴とするものである。
Hereinafter, preferred embodiments of a display with a position detection function in a three-dimensional space of the present invention will be described with reference to the drawings.
The present invention provides a function of detecting the position of an object in a three-dimensional space on the front surface of a display based on the provision of light detection directivity in a thin film photosensor embedded in a display and the thin film photosensor provided with directivity. Realization is a technical feature.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1における、光検出の指向性を有する薄膜光センサの構造例を示した図である。図1に示した薄膜光センサ素子10は、N型領域などに相当する第1導電領域11(斜めのハッチングで示された部分)と、P型領域などに相当する第2導電領域12(縦のハッチングで示された部分)との間に、PN接合の空乏層などに相当する光電変換領域13(白抜きで示された部分)を備えて構成されている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram showing an example of the structure of a thin-film photosensor having photodetection directivity in Embodiment 1 of the present invention. The thin film photosensor element 10 shown in FIG. 1 includes a first conductive region 11 (portion shown by oblique hatching) corresponding to an N-type region and the like, and a second conductive region 12 (vertical portion) corresponding to a P-type region and the like. And a photoelectric conversion region 13 (portion shown in white) corresponding to a depletion layer of a PN junction and the like.

そして、指向性を持たせるために、本実施の形態1では、薄膜光センサ素子10における光電変換領域13の上方(ディスプレイ表面側)において、図1(a)に示すように、微小孔21を有する遮光層20を設ける、あるいは、図1(b)に示すように、光学的に凹レンズのような特性(中央付近ではレンズの特性がなくてもよい)を有する構造30(以下、凹レンズ構造30と称す)を形成する、などの構成を備えている。なお、図1(b)中のn、nは、屈折率を意味している。 And in order to give directivity, in this Embodiment 1, as shown to Fig.1 (a) above the photoelectric conversion area | region 13 in the thin film photosensor element 10, the micropore 21 is formed. The structure 30 (hereinafter, the concave lens structure 30) having the light shielding layer 20 having the optical characteristics or optically concave lens-like characteristics (there may be no lens characteristics in the vicinity of the center) as shown in FIG. For example). Incidentally, n A, n B in FIG. 1 (b), means the refractive index.

光電変換領域の直上に、上述した構成を形成することにより、ディスプレイ表面と鉛直な方向(θ=0°)の光は、従来どおり光電変換領域に入射して検出される。さらに、斜め方向(|θ|>0°)の光は、光電変換領域に入射が困難で、検出され難く、よって、鉛直方向の指向性が付与されることとなる。   By forming the above-described configuration directly above the photoelectric conversion region, light in a direction perpendicular to the display surface (θ = 0 °) is incident on the photoelectric conversion region and detected as usual. Furthermore, light in an oblique direction (| θ |> 0 °) is difficult to be incident on the photoelectric conversion region and is difficult to detect, and thus directivity in the vertical direction is imparted.

また、鉛直方向(θ=0°)だけではなく、微小孔21あるいは凹レンズ構造30の位置を水平(ディスプレイ表面と平行)に変位させることにより、光検出の方向を、鉛直からずれた斜め方向に制御できる。換言すると、ディスプレイの製造段階での作り込みにより、ディスプレイの任意の端辺領域に列状配置されるそれぞれの薄膜光センサの光検出方向を、所望の方向に設定することができる。   Further, not only in the vertical direction (θ = 0 °), but also by moving the position of the minute hole 21 or the concave lens structure 30 horizontally (parallel to the display surface), the direction of light detection is changed to an oblique direction deviated from the vertical direction. Can be controlled. In other words, the light detection direction of each thin film photosensor arranged in a row in an arbitrary edge region of the display can be set to a desired direction by making the display at the manufacturing stage.

図2は、本発明の実施の形態1に係る薄膜光センサにおいて、微小孔21の位置を変位させることで、光検出の指向性を所望の方向に設定する方法を示した説明図である。図2(a)〜(c)は、図2の紙面上で左右方向に相当するx方向に微小孔21の位置を変位させることで、θxに指向性を持たせることができる状態を示している。同様に、図2(d)〜(f)は、図2の紙面上で上下方向に相当するy方向に微小孔21の位置を変位させることで、θyに指向性を持たせることができる状態を示している。   FIG. 2 is an explanatory diagram showing a method of setting the directivity of light detection in a desired direction by displacing the position of the microhole 21 in the thin film optical sensor according to Embodiment 1 of the present invention. 2A to 2C show a state in which the directivity can be given to θx by displacing the position of the minute hole 21 in the x direction corresponding to the left-right direction on the paper surface of FIG. Yes. Similarly, FIGS. 2D to 2F show states in which θy can have directivity by displacing the position of the minute hole 21 in the y direction corresponding to the vertical direction on the paper surface of FIG. Is shown.

図3は、本発明の実施の形態1における光検出指向性を付与した薄膜光センサの、諸条件における光検出特性(1)を示した図である。この図3では、ある位置を、基準点x=0(かつz=0)として、その直上θ=0°にある距離z離れた位置に検出対象がある場合に、基準点から|x|だけずれた位置における5通りの異なるθ(0°、small、middle、large、およびlarger)での薄膜光センサによる検出値を、物理的シミュレーションによって検証したものである。なお、背景は、黒としている。   FIG. 3 is a diagram showing light detection characteristics (1) under various conditions of the thin film photosensor provided with the light detection directivity according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 3, when a certain position is a reference point x = 0 (and z = 0) and there is a detection target at a distance z that is directly above θ = 0 °, only | x | from the reference point The detection values by the thin film photosensors at five different θ (0 °, small, middle, large, and large) at the shifted positions are verified by physical simulation. The background is black.

さらに、図4は、本発明の実施の形態1における光検出指向性を付与した薄膜光センサの、諸条件における光検出特性(2)を示した図である。より具体的には、先の図3より、以下の組合せAによる薄膜光センサのデータを抽出したものが図4(a)であり、以下の組合せBによる薄膜光センサのデータを抽出したものが図4(b)である。
組合せA:{θ=0°、x=0}、{θ:middle、x=6}、{θ:middle、x=10}、{θ:middle、x=14}。
組合せB:{θ=0°、x=0}、{θ:middle、x=16}、{θ:large、x=16}、{θ:larger、x=16}。
Further, FIG. 4 is a diagram showing the light detection characteristics (2) under various conditions of the thin film photosensor provided with the light detection directivity in the first embodiment of the present invention. More specifically, FIG. 4A shows a thin film photosensor data extracted from the following combination A from FIG. 3, and a thin film photosensor data extracted from the following combination B is extracted from FIG. It is FIG.4 (b).
Combination A: {θ = 0 °, x = 0}, {θ: middle, x = 6}, {θ: middle, x = 10}, {θ: middle, x = 14}.
Combination B: {θ = 0 °, x = 0}, {θ: middle, x = 16}, {θ: large, x = 16}, {θ: larger, x = 16}.

すなわち、θ=0°のメインの薄膜光センサと、次のように、組合せAあるいは組合せBとして組み合わせたサブの薄膜光センサを用いて、あるメインの薄膜光センサの出力値からその直上に検出対象があると検知した場合に、それと組み合わされたサブの薄膜光センサ群の各出力値から、zが導出できることとなる。
組合せA:異なる位置|x|(>0)にあって、同一のθを有する複数個のサブの薄膜光センサを用いたもの。
組合せB:|x|>0のほぼ同じ位置にあって、異なるθを有する複数個のサブの薄膜光センサを用いたもの。
That is, using the main thin film photosensor of θ = 0 ° and the sub thin film photosensor combined as combination A or combination B as follows, detection is performed immediately above the output value of a certain main thin film photosensor. When it is detected that there is a target, z can be derived from each output value of the sub thin film photosensor group combined therewith.
Combination A: A plurality of sub thin film photosensors having the same θ at different positions | x | (> 0).
Combination B: A plurality of sub thin film photosensors having different θ at substantially the same position of | x |> 0.

なお、メインの薄膜光センサのθは、鉛直方向θ=0°である必要はない。また、サブの薄膜光センサからそれらの光検出方向に引いた各線が、メインの薄膜光センサにおける同様の線と、検出空間内の複数箇所で交われば、各サブの薄膜光センサのθや位置もまた任意である。   Note that θ of the main thin film optical sensor does not have to be in the vertical direction θ = 0 °. In addition, if each line drawn in the light detection direction from the sub thin film photo sensor intersects with a similar line in the main thin film photo sensor at a plurality of locations in the detection space, θ and The position is also arbitrary.

例えば、ディスプレイの長辺方向をXとして、短辺方向をYとすれば、(θ、θ)および(変位、変位)空間内で、メインおよび各サブの薄膜光センサのθおよび位置を設定可能である。 For example, if the long side direction of the display is X and the short side direction is Y, the θ and the thin film photosensors of the main and sub thin film photosensors in the (θ X , θ Y ) and (displacement X 1 , displacement Y ) spaces. The position can be set.

図5は、本発明の実施の形態1に係る光検出指向性を有する薄膜光センサを組み込んだディスプレイにおける、ディスプレイ前方の三次元空間内における位置検出の第1の実施例を示した図である。この図5に示す第1の実施例では、ディスプレイ1の上側の水平端辺1aにおける1〜2画素幅の画素列内に、薄膜光センサを組み込んでいる。   FIG. 5 is a diagram showing a first example of position detection in a three-dimensional space in front of the display in the display incorporating the thin film photosensor having the light detection directivity according to Embodiment 1 of the present invention. . In the first embodiment shown in FIG. 5, a thin film photosensor is incorporated in a pixel row having a width of 1 to 2 pixels on the horizontal edge 1 a on the upper side of the display 1.

ここで、メインの光薄膜センサの検出方向線と、サブの光薄膜センサの検出方向線との各交点が、検出対象空間内に分布するように、それぞれの光薄膜センサのθと位置とを、製造段階で作り込み、所望のθと位置に設定することとなる。   Here, θ and position of each optical thin film sensor are set so that each intersection of the detection direction line of the main optical thin film sensor and the detection direction line of the sub optical thin film sensor is distributed in the detection target space. In the manufacturing stage, the desired θ and position are set.

より具体的には、例えば、上記画素列状のほぼ同じ位置xにある薄膜光センサによって、その前方にほぼ平面と見なせる検出面を形成する。図5中には、各メインの薄膜光センサにおける検出方向線と、各サブの薄膜光センサの検出方向線との交点である検出点が、併せて示されている。   More specifically, for example, a detection surface that can be regarded as a substantially flat surface is formed in front of the thin film light sensor at substantially the same position x in the pixel row. FIG. 5 also shows detection points that are intersections of the detection direction lines of the main thin film photosensors and the detection direction lines of the sub thin film photosensors.

そして、検出平面をなす薄膜光センサのセット(すなわち、検出平面をなすメインの薄膜光センサ、およびこのメインの薄膜光センサに付随するサブの薄膜光センサからなるセット)を、位置xおよび各向きθを少しずつ変えて配置し、位置や向きが少しずつ異なる検出平面群からなる三次元の検出空間を形成する。   A set of thin film photosensors forming a detection plane (that is, a set consisting of a main thin film photosensor forming a detection plane and a sub thin film photosensor attached to the main thin film photosensor) is set to a position x and each direction. A three-dimensional detection space composed of detection plane groups with slightly different positions and orientations is formed by gradually changing θ.

1個の薄膜光センサは、検出方向線を中心にして、その周りに検出感度が分布し、よって、検出点の周りにも、検出感度は分布する。また、検出対象物体(例えば、人の頭部)は、ある大きさを有する。従って、検出点の最小間隔は、これら感度分布と検出対象物体の大きさを考慮して定めることができる。   One thin film optical sensor has a detection sensitivity distributed around the detection direction line, and therefore the detection sensitivity is distributed around the detection point. Further, the detection target object (for example, a human head) has a certain size. Therefore, the minimum interval between detection points can be determined in consideration of the sensitivity distribution and the size of the detection target object.

図6は、本発明の実施の形態1に係る光検出指向性を有する薄膜光センサを組み込んだディスプレイにおける、ディスプレイ前方の三次元空間内における位置検出の第2の実施例を示した図である。この図6に示す第2の実施例では、薄膜光センサを組み込む画素列を、以下の(a)〜(e)のように、5パターンで配置した状態を例示している。
(a)薄膜光センサを組み込む画素列を、下側の水平端辺とした場合。
(b)薄膜光センサを組み込む画素列を、一方の垂直端辺とした場合。
(c)薄膜光センサを組み込む画素列を、他方の垂直端辺とした場合。
(d)薄膜光センサを組み込む画素列を、上側と下側の一対の水平端辺とした場合。
(e)薄膜光センサを組み込む画素列を、右側と左側の一対の垂直端辺とした場合。
FIG. 6 is a diagram showing a second example of position detection in a three-dimensional space in front of the display in the display incorporating the thin-film photosensor having photodetection directivity according to Embodiment 1 of the present invention. . In the second embodiment shown in FIG. 6, a state in which pixel columns incorporating thin film photosensors are arranged in five patterns as shown in the following (a) to (e) is illustrated.
(A) When the pixel row incorporating the thin film photosensor is the lower horizontal edge.
(B) A case where a pixel row in which the thin film photosensor is incorporated is one vertical end.
(C) When the pixel column incorporating the thin film photosensor is the other vertical edge.
(D) A case where the pixel row into which the thin-film photosensor is incorporated is a pair of upper and lower horizontal edges.
(E) A case where a pixel row incorporating a thin film photosensor is a pair of right and left vertical edges.

図6(a)〜図6(c)に示すように、先の図5とは異なる配置として、薄膜光センサを下側の水平端辺に配置する、あるいは、垂直端辺の左右いずれかに配置することができる。   As shown in FIGS. 6 (a) to 6 (c), as an arrangement different from FIG. 5, the thin film photosensor is arranged on the lower horizontal edge, or on the left or right of the vertical edge. Can be arranged.

また、図6(d)、図6(e)に示すように、水平あるいは垂直の端辺対を利用することも可能であり、この場合には、1検出平面を構成する薄膜光センサ群あるいは1検出点に対応するメインおよびサブの薄膜光センサは、必ずしも1端辺側にまとめて配置する必要はなく、端辺対間に分けて配置してもよい。図6(a)〜図6(c)の場合よりも、検出間隔を縮小することができ、検出精度の向上が図られる。   In addition, as shown in FIGS. 6D and 6E, horizontal or vertical edge pairs can be used. In this case, the thin film photosensor group constituting one detection plane or The main and sub thin-film photosensors corresponding to one detection point do not necessarily have to be arranged together on one end side, and may be arranged separately between end pairs. The detection interval can be reduced as compared with the case of FIGS. 6A to 6C, and the detection accuracy can be improved.

上述した図5,図6のように薄膜光センサが配置されたディスプレイにおいては、次のような多段の処理を行うことで、調べるべき薄膜光センサの数を絞り込んで大幅に削減した上で、短時間で検出処理を行うことができる。
(処理1)各メインの薄膜光センサの出力を調べることにより、反応のあったメインの薄膜光センサの特定を行う。
(処理2)反応のあったメインの薄膜光センサと組み合わされたサブの薄膜光センサの出力値の解析を行う。
In the display in which the thin film photosensors are arranged as shown in FIGS. 5 and 6, the number of thin film photosensors to be examined is greatly reduced by performing the following multi-stage processing. Detection processing can be performed in a short time.
(Process 1) The main thin film photosensor that has reacted is identified by examining the output of each main thin film photosensor.
(Process 2) The output value of the sub thin film photosensor combined with the main thin film photosensor that has reacted is analyzed.

さらに、図7は、本発明の実施の形態1に係る光検出指向性を有する薄膜光センサを組み込んだディスプレイにおける、ディスプレイ前方の三次元空間内における位置検出の第3の実施例を示した図である。この図7に示す第3の実施例では、水平端辺および垂直端辺それぞれの画素列に、薄膜光センサを組み込んでおり、このような配置を採用することもできる。   Further, FIG. 7 is a diagram showing a third example of position detection in a three-dimensional space in front of the display in the display incorporating the thin film photosensor having the light detection directivity according to Embodiment 1 of the present invention. It is. In the third embodiment shown in FIG. 7, thin film photosensors are incorporated in the pixel columns on the horizontal edge and the vertical edge, and such an arrangement can also be adopted.

水平端辺に組み込んだ薄膜光センサは、各垂直検出面の検出を担い、垂直端辺に組み込んだ薄膜光センサは、各略水平検出面の検出を担うこととなる。そして、垂直検出面と水平検出面との交線上に、検出対象物体が検出される。   The thin film optical sensor incorporated in the horizontal end side is responsible for detection of each vertical detection surface, and the thin film optical sensor incorporated in the vertical end side is responsible for detection of each substantially horizontal detection surface. Then, a detection target object is detected on the intersection line between the vertical detection surface and the horizontal detection surface.

この交線は、上述したメインの薄膜光センサの検出方向線と同等の意味を有する。従って、図7の構成の場合には、薄膜光センサにおけるメインおよびサブといった使い分けは、必ずしも必要ない。尤も、メイン/サブ方式も適用ではある。   This intersection line has the same meaning as the detection direction line of the main thin film optical sensor described above. Therefore, in the case of the configuration of FIG. 7, it is not always necessary to separately use main and sub in the thin film photosensor. However, the main / sub system is also applicable.

メイン/サブ方式を適用しない場合には、次の多段処理により、検出処理の総演算量を削減し、処理時間も短縮することができる。
(処理1)検出面毎の各検出値の単純合計による検出対象物体を含む検出面の特定を行う。
(処理2)検出面あるいは検出方向線を構成する薄膜光センサにおける出力値の解析を行う。
When the main / sub method is not applied, the total amount of detection processing can be reduced and the processing time can be shortened by the following multistage processing.
(Process 1) A detection surface including a detection target object is identified by a simple sum of detection values for each detection surface.
(Process 2) The output value in the thin film photosensor constituting the detection surface or detection direction line is analyzed.

上述した本実施の形態1に係る薄膜光センサを備えることによる、三次元空間内位置検出機能付きディスプレイの効果を整理すると、以下のようになる。
・ディスプレイ前方に規定した三次元空間内における位置検出機能を併せ持つディスプレイが実現できる。例えば、裸眼3Dテレビにおける視聴者頭部の検出のために好適であり、頭部位置に基づく裸眼3Dの最適表示に適用することができる。
The effects of the display with the position detection function in the three-dimensional space by providing the thin film photosensor according to the first embodiment described above are summarized as follows.
-A display having a position detection function in a three-dimensional space defined in front of the display can be realized. For example, it is suitable for detection of the viewer's head in a naked-eye 3D television, and can be applied to the optimum display of the naked-eye 3D based on the head position.

・2D表示のテレビにおいても、視聴距離を検出し、検出した視聴距離に合った表示を行うこともできる。
・また、薄膜光センサの数を多く用いる、あるいは、三次元空間を狭く規定する、などによって、検出の解像度を向上し、顔向き検出の実施も実現できる。
-Even on a 2D display television, the viewing distance can be detected, and a display suitable for the detected viewing distance can be performed.
Further, by using a large number of thin film optical sensors or by narrowly defining a three-dimensional space, the detection resolution can be improved and face orientation detection can be implemented.

・さらに、薄膜光センサの一部に色フィルタを適用した場合には、TV視聴時の照明の明るさや色を測定し、測定結果に応じて表示の明るさや色合いを適切に変えることも可能である。 ・ Furthermore, when a color filter is applied to a part of the thin film light sensor, it is possible to measure the brightness and color of the illumination when watching TV, and to change the display brightness and hue appropriately according to the measurement result. is there.

・その他として、例えば、ディスプレイと標準視聴距離にある頭部との間に検出対象となる三次元空間を規定し、その三次元空間内で手の検出を行うことができる。指を閉じているか開いているか、あるいは指の向きなど、手のおよその状態や動きの情報を用いた機器の操作情報入力(すなわち、ジェスチャー入力)などに適用可能である。
・また、モバイル機器においても、先端に明るい検出対領域を設けた専用ペンなどを用いることで、非接触のジェスチャー入力が可能となる。
As another example, for example, a three-dimensional space to be detected can be defined between the display and the head at a standard viewing distance, and a hand can be detected in the three-dimensional space. The present invention can be applied to device operation information input (that is, gesture input) using information on the approximate state and movement of the hand, such as whether the finger is closed or open, or the direction of the finger.
Also, in a mobile device, non-contact gesture input is possible by using a dedicated pen or the like provided with a bright detection pair area at the tip.

以上のように、実施の形態1によれば、光検出に指向性を持たせる構造を備えた薄膜光センサを実現できる。具体的には、光検出指向性の付与は、光電変換領域の上方に(a)微小孔を有する遮光層を設ける、あるいは(b)凹レンズのような光学特性を有する構造を設ける、といった手法により実現している。さらに、このような構造の水平位置を変位させることで、光検出方向を、製造段階での作り込みにより、所望の方向に設定することが可能となる。   As described above, according to the first embodiment, it is possible to realize a thin-film photosensor having a structure that imparts directivity to light detection. Specifically, the light detection directivity is imparted by a method such as (a) providing a light-shielding layer having microscopic holes above the photoelectric conversion region, or (b) providing a structure having optical characteristics such as a concave lens. Realized. Furthermore, by displacing the horizontal position of such a structure, the light detection direction can be set in a desired direction by making it in the manufacturing stage.

さらに、本願の薄膜光センサによる列を、ディスプレイ端辺の画素列に埋め込むことで、ディスプレイ前方に規定した三次元空間内での位置検出機能を併せ持つディスプレイを実現できる。具体的には、光検出方向と位置の異なる複数の薄膜光センサを、ディスプレイの1端辺あるいは複数の端辺に沿って配置し、あらかじめ組み合わせた複数の薄膜光センサの出力値に応じて位置検出を行うことができる。なお、このような位置検出を行う際には、各薄膜光センサの配置方法に合った多段処理による位置検出手法を適用することができる。   Furthermore, by embedding the column of the thin film photosensor of the present application in the pixel column on the edge of the display, a display having a position detection function in a three-dimensional space defined in front of the display can be realized. Specifically, a plurality of thin film photosensors having different positions and positions in the light detection direction are arranged along one end side or a plurality of end sides of the display, and positions are determined according to output values of a plurality of thin film photosensors combined in advance. Detection can be performed. When performing such position detection, it is possible to apply a position detection method by multi-stage processing suitable for the arrangement method of each thin film photosensor.

この結果、本願の薄膜光センサを、裸眼3Dテレビをはじめ、モニタ機器、あるいはモバイル機器などのディスプレイに組み込むことで、三次元空間内の位置検出機能が、カメラなどのデバイスを別途付加することなく実現でき、機器の大型化やコスト増加を抑制した三次元空間内位置検出機能付きディスプレイを得ることができる。   As a result, by incorporating the thin film optical sensor of the present application into a display such as a naked-eye 3D television, a monitor device, or a mobile device, the position detection function in the three-dimensional space can be added without adding a device such as a camera. A display with a position detection function in a three-dimensional space that can be realized and suppresses the increase in size and cost of the device can be obtained.

1 ディスプレイ、1a 水平端辺、10 薄膜光センサ素子(薄膜光センサ)、11 第1導電領域、12 第2導電領域、13 光電変換領域、20 遮光層、21 微小孔、30 凹レンズ構造。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Display, 1a Horizontal edge, 10 Thin film photosensor element (thin film photosensor), 11 1st electroconductive area | region, 12 2nd electroconductive area | region, 13 photoelectric conversion area | region, 20 light shielding layer, 21 micropore, 30 concave lens structure.

Claims (4)

光電変換領域を備え、前記光電変換領域での受光量に応じて光検出を行うとともに、受光面である前記光電変換領域の上方に、前記光検出に指向性を持たせる構造体をさらに備えた薄膜光センサが、任意の端辺領域に列状配置を有するように複数配置されたディスプレイであって、製造段階において、前記受光面と対向する平面内で、前記光電変換領域に対する前記構造体の相対的な位置関係を所望の位置に変位させることで、前記指向性を持たせた前記光検出の主検出方向が所望の方向に設定された前記複数配置された薄膜光センサを有するディスプレイと、
前記所望の方向に設定された各薄膜光センサのそれぞれの主検出方向によって前記ディスプレイの前方の空間内に規定された三次元検出空間において、前記各薄膜光センサの組合せによる検出結果に基づいて、前記三次元検出空間内での検出対象の位置を特定する検出部と
を備え、
前記薄膜光センサは、前記列状配置として、少なくとも隣接して直交する2端辺に配置されており、
前記検出部は、
前記2端辺のうち一方の列の検出平面を第1の検出平面と規定し、
前記2端辺のうち他方の列の検出平面を第2の検出平面と規定し、
前記第1の検出平面と前記第2の検出平面との交線を前記ディスプレイと鉛直な光検出方向の線とする仮想の主薄膜光センサを前記ディスプレイ上に規定し、
実在する前記薄膜光センサを前記検出平面または前記光検出方向の線に対する副薄膜光センサと規定し、
前記検出平面のすべてを包含する前記三次元検出空間内の位置検出を行う三次元空間内位置検出機能付きディスプレイ。
A photoelectric conversion region is provided, and light detection is performed in accordance with the amount of light received in the photoelectric conversion region, and a structure for giving directivity to the light detection is provided above the photoelectric conversion region that is a light receiving surface. A plurality of thin film photosensors are arranged so as to have a columnar arrangement in an arbitrary edge region, and in the manufacturing stage, the structure of the structure with respect to the photoelectric conversion region is within a plane facing the light receiving surface. A display having the plurality of thin film photosensors arranged in which a main detection direction of the light detection having the directivity is set to a desired direction by displacing a relative positional relationship to a desired position;
In the three-dimensional detection space defined in the space in front of the display by the respective main detection direction of each thin film photosensor set in the desired direction, based on the detection result by the combination of each thin film photosensor, e Bei a detector for identifying the position of the detection object in the three-dimensional detection space,
The thin film photosensors are arranged at least at two adjacent sides that are adjacent and orthogonal as the row arrangement,
The detector is
The detection plane of one row of the two end sides is defined as a first detection plane,
The detection plane of the other row of the two end sides is defined as a second detection plane,
A virtual main thin film photosensor is defined on the display, wherein an intersection line between the first detection plane and the second detection plane is a line in a light detection direction perpendicular to the display.
The thin film photosensor that actually exists is defined as a sub thin film photosensor with respect to the detection plane or a line in the photodetection direction,
A display with a position detection function in a three-dimensional space that performs position detection in the three-dimensional detection space including all of the detection planes .
前記検出部は、
薄膜光センサの出力を調べることにより、反応のあった薄膜光センサの特定を行う第1処理と、
前記第1処理の実行により、前記反応のあった薄膜光センサが存在する場合には、前記反応のあった薄膜光センサと組み合わされて配置された薄膜光センサの出力値の解析を行う第2処理と
による多段階処理を実行する
請求項1に記載の三次元空間内位置検出機能付きディスプレイ。
The detector is
A first process for identifying the main thin film photosensor that has reacted by examining the output of each main thin film photosensor;
When there is a main thin film photosensor having the reaction due to the execution of the first process, the output value of the sub thin film photosensor arranged in combination with the main thin film photosensor having the reaction is analyzed. The display with a position detection function in a three-dimensional space according to claim 1, wherein multistage processing is performed by performing the second processing.
前記検出部は、
前記検出平面または前記光検出方向の線における検出結果に基づいて、検出対象物体を含む検出平面または光検出方向の線の特定を行う第1処理と、
前記第1処理の実行により特定された前記検出対象物体を含む検出平面または光検出方向の線を構成する薄膜光センサにおける出力値の解析を行う第2処理と
による多段階処理を実行する
請求項に記載の三次元空間内位置検出機能付きディスプレイ。
The detector is
A first process for identifying a detection plane or a light detection direction line including a detection target object based on a detection result in the detection plane or the light detection direction line;
A multi-stage process is executed by a second process for analyzing an output value in a thin film photosensor that constitutes a detection plane or a line in a light detection direction including the detection target object specified by the execution of the first process. The display with a position detection function in three-dimensional space according to 1 .
前記検出部は、前記三次元検出空間内における頭部検出、ジェスチャー検出、照明の明るさや色の検出を、前記検出対象とする
請求項1からのいずれか1項に記載の三次元空間内位置検出機能付きディスプレイ。
The three-dimensional space according to any one of claims 1 to 3 , wherein the detection unit is configured to detect head detection, gesture detection, and brightness and color of illumination in the three-dimensional detection space. Display with position detection function.
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