JPH1070713A

JPH1070713A - 透過型撮像装置および透過型撮像装置一体型表示装置

Info

Publication number: JPH1070713A
Application number: JP8228053A
Authority: JP
Inventors: Ryushi Nishimura; 龍志西村; Manabu Wakabayashi; 学若林; Nobuaki Kabuto; 展明甲
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-08-29
Filing date: 1996-08-29
Publication date: 1998-03-10

Abstract

(57)【要約】【課題】ハーフミラーとビデオカメラを用いた従来の視
線一致装置で、ハーフミラーとビデオカメラが表示面よ
りの突出して大型化、使い勝手および可搬性低下を招
き、またハーフミラーによるビーム分割のため画質劣化
の問題があった。【解決手段】透明ガラス基板２１に格子状の遮光膜２
２，３０を形成しその諸交点にフォトダイオード２６と
マイクロレンズ４を配置して向こう側が透けてみえるビ
デオカメラ即ち透過型撮像装置を構成し、表示装置の表
面に貼付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は視線一致型の撮像装
置および表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電話やパソコンにビデオ映像を取り込む
ビデオカメラはモニタ筐体の上部に設置される場合が多
い。パソコンユーザはモニタ画面上に表示される相手の
顔を見て話をするので、モニタ画面の上部にあるビデオ
カメラはパソコンユーザのうつむき加減の顔を撮影する
ことになる。その結果、受信者のモニタ画面には送信者
のうつむき加減の顔が表示され、お互いにうつむいてい
る顔を見ながら話をすることとなり、相互の視線が一致
しなかった。

【０００３】この視線不一致を改善するために、図８に
示すように、特開平５−１９９５１８号公報の図６に開
示されている視線一致型テレビ電話機５１では、モニタ
画面（以下ＬＣＤ）５２の前にハーフミラー５３を４５
度の傾斜角で設置し、更にテレビカメラ５４をＬＣＤ５
２に直角に設置し、テレビカメラ５４の光軸が等価的に
ＬＣＤ５２のほぼ中心に一致するように配置した装置を
用いて、ＬＣＤ内に表示されている相手と対話者５５の
視線５６を一致させる方法が提案されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の視線一致装置
は、モニタ前面（ＬＣＤ）よりテレビカメラおよびハー
フミラーが突出していた。したがって、業務用途に用い
るディスプレーに従来型のハーフミラーを用いた視線一
致装置を組み込むことは機器全体の大型化を招き、配置
スペースを増大していた。また、Ａ４サイズやＢ５サイ
ズのノートブック型パソコンあるいは携帯テレビ電話等
の小型携帯機器に従来型のハーフミラーを用いた視線一
致装置を組み込むことも同様に機器全体の大型化を招
き、小型軽量可搬性の観点、更には取り扱い耐久性の観
点から難点があった。

【０００５】また、ハーフミラーを用いるためにテレビ
カメラに入力される対話者の映像光量が半減し、画質が
劣化する問題があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明では、透明ガラス基板と、上記ガラス基板
面上に格子状に形成された光遮蔽層と、上記光遮蔽層上
に形成されたフォトダイオードアレーと、上記フォトダ
イオードアレー上に形成されたレンズアレーとで固体撮
像装置を構成し、表示装置の表示画面上に貼り付けた。
この装置は、光遮蔽層の格子の間を通してガラス基板背
後の映像が透過可能でかつ前方の被写体を撮影可能な透
過型固体撮像装置である。更に、フォトダイオードアレ
ーの１個のフォトダイオードの中心とマイクロレンズア
レーの１個のマイクロレンズの光学中心とを結ぶ直線と
ガラス基板との角度が、上記フォトダイオードアレーの
中心では垂直であり、中央から周辺部に行くに従いその
離れる距離に比例して変化するようにした。また、フォ
トダイオードアレーとマイクロレンズアレーとの間にホ
ールを有する遮光層を挿入し、遮光層とマイクロレンズ
アレーとの距離をマイクロレンズの焦点距離とした構造
の透過型固体撮像装置を構成し、表示装置の表示画面上
に貼り付け、光遮蔽層で覆われていないガラス部分を通
して表示装置の表示内容を見るようにした。

【０００７】

【発明の実施の形態】図３は本発明の実施例の斜視図を
示す。透過型撮像装置一体型表示装置は表示装置１と透
過型撮像装置２とからなる。表示装置１は透過型の液晶
表示装置で、背後より照明光５で照明される。透過型撮
像装置２は格子状に配列された窓部３と、窓と窓の交点
に配置されたマイクロレンズ４からなる。照射光５で照
らされた表示装置１の映像は透過型撮像装置２の窓部３
を通して観察される。

【０００８】図２は、図３で示した透過型撮像装置一体
型表示装置のＡ−Ａ’断面図を示す。表示装置１は透過
型で２枚の透明ガラス基板６、７の上に格子状の遮光層
８、９を形成し、遮光層８の上にＴＦＴ（Ｔhin Ｆilm
Ｔransister)１０を形成し、遮光層８で囲まれたガラス
基板６の窓部３ａには透明電極１１を配置する。一方、
ガラス基板７の遮光層９で囲まれた窓部３ｂにはカラー
フィルタ１２を配置し、カラーフィルタ１２の手前に配
向膜１３を配置する。透明電極１１と配向膜１３との間
に液晶１４を封入して透過型液晶表示装置１を構成す
る。透明ガラス基板６側より照明光５を照射すると、Ｔ
ＦＴ１０によってコントロールされた液晶１４が通過す
る光量を変化させる。

【０００９】一方、透過型撮像装置２は透明ガラス基板
２１の上に格子状に遮光層２２及びＰ型のポリシリコン
層２３をスパッタまたは蒸着によって形成する。ポリシ
リコン層２３は十分薄いため透明である。このポリシリ
コン層２３にＮ型層２４およびＰ＋型層２５を形成す
る。ポリシリコン層２３とＮ型層２４およびＰ＋型層２
５とでフォトダイオード２６が形成される。さらに、Ｐ
＋層２５に接触して電荷転送部のＮ型層２７を形成す
る。Ｐ＋層２５やＮ型層２７の上には透明の絶縁層２８
を介して電極２９を形成し、その上に遮光層３０がフォ
トダイオード２６、Ｎ型層２７及び電極２９を取り囲む
ように形成される。遮光層３０にはＰ＋型層２５の真上
にホール３１が開けられる。遮光層３０で囲まれた部分
は透明の平坦化層３２を充填し、その上にカラーフィル
タ３３を形成する。カラーフィルタ３３の周囲は透明の
平坦化層３４で充填し、平坦化層３４の上には収束型の
マイクロレンズ４からなるマイクロレンズアレー３５を
形成してＣＣＤ型のカラー撮像素子を構成する。マイク
ロレンズアレー３５は遮光層３０からマイクロレンズ４
の焦点距離ｆだけ離れた位置に形成されている。窓部３
は透明ガラス基板２１、透明なポリシリコン層２３、透
明な絶縁層２８、透明な平坦化層３２、３４及びマイク
ロレンズアレー３５のマイクロレンズ４でない部分で構
成されているので、透過可能である。ＣＣＤ型撮像素子
の基本構成については特開平４−２５２０７４号公報
「固体撮像素子」やテレビジョン学会誌Ｖｏｌ．４７，
Ｎｏ．２，ｐｐ．１９７〜２０２（１９９３）「１／３
インチ３６万ＩＴ−ＣＣＤ撮像素子」に詳述されてい
る。

【００１０】図１は図２で示した透過型撮像装置１のＢ
部の拡大図である。前述のようにマイクロレンズ４は遮
光層３０からマイクロレンズ４の焦点距離ｆ離れた位置
に配置されているので、マイクロレンズ４に入射してホ
ール３１に焦点を結ぶ外光３６ａは全てホール３１を通
過しフォトダイオード２６に到達する。しかし、ホール
３１に焦点を結ばない外光３７ｂは遮光層３０に阻まれ
フォトダイオード２６に到達できない。したがって、ホ
ール３１を通過してフォトダイオード２６に到達できる
光軸は特定の一方向に限定できる。また、マイクロレン
ズ４が歪みの無い理想的なレンズであればホール３１は
ピンホールで十分である。

【００１１】１例として、表示装置１を対角１０インチ
すなわち水平長８インチ（２０３．２ｍｍ）６４０画
素、垂直長６インチ（１５２．４ｍｍ）４８０画素のＶ
ＧＡ対応透過型液晶表示装置とすると、画素ピッチは水
平垂直ともに０．３１７５ｍｍである。開口率を８０％
とすると遮光層８、９の幅は以下の計算のようになる。
すなわち、開口の１辺の長さは：√(０．３１８×０．３１８×
０．８)＝０．２８４ｍｍ１画素の遮光層の幅は：(０．３１８−０．２８４)×
０．５＝０．０１７ｍｍ隣の画素の遮光層の幅と合わせて：０．０１７×２＝
０．３４ｍｍとなる。

【００１２】また更に、携帯型端末の表示装置として小
型の部類に入る対角１．８インチすなわち水平長１．４
４インチ（３６．５７６ｍｍ）２８０画素、垂直長１．
０８インチ（２７．４３２ｍｍ）２２０画素のＶＧＡ対
応透過型液晶表示装置の遮光層８、９の線幅を計算す
る。画素ピッチは水平０．１３０６ｍｍ、垂直０．１２
４７ｍｍである。開口率を８０％とすると遮光層５、６
の幅は以上の計算のようになる。すなわち、開口の面積：０.１３０６×０.１２４７×０.８＝０.０
１３０３比例計算によって開口垂直部長：０.１１１５ｍｍ、水
平部長：０.１１６８ｍｍ１画素の遮光層の垂直部の幅は：（０.１３０６−０.１
１６８）×０.５×１＝０.０１３８ｍｍ１画素の遮光層の水平部の幅は：（０.１２４７−０.１
１１５）×０.５×１＝０.０１３２ｍｍとなる。

【００１３】現状の１／３インチインターライン型固体
撮像素子は、チップサイズ水平６．０８ｍｍ垂直５．０
０ｍｍ、水平画素数６８２、垂直画素数４９２、画素サ
イズは水平０．００７２ｍｍ垂直０．００７５ｍｍであ
る。したがって、画素ピッチは水平：６．０８÷６８２＝０．００８９ｍｍ垂直：５．００÷４９２＝０．０１０２ｍｍであるから、１画素のサイズは０．００８９×０．０１
０２ｍｍとなる。

【００１４】このように、１／３インチインターライン
型固体撮像素子の１画素のサイズは１０インチＶＧＡ対
応透過型液晶表示装置の遮光層８、９の幅の１／３以下
であり、また１．８インチ透過型液晶表示装置の遮光層
８、９の幅よりも小さく、撮像素子の画素が液晶表示装
置を覆うことはなく、液晶表示装置の上に固体撮像素子
を形成することは可能であることがわかる。

【００１５】次に、このような複眼方式撮像素子による
被写体の撮像原理を図４を用いて説明する。図４は透過
型撮像装置２の垂直断面図で、透明ガラス基板２１の上
にフォトダイオード２６が一定間隔で配置されてフォト
ダイオードアレー３８を形成し、個々のフォトダイオー
ド２６はそれぞれ遮光層３０で覆われており、遮光層３
０はピンホール３１が開けられている。フォトダイオー
ドアレー３８の前には個々のフォトダイオード２６に対
応したマイクロレンズ４からなるマイクロレンズアレー
３５が配置されている。マイクロレンズアレー３５の前
方には被写体３９が位置しており、被写体３９からの外
光３６が個々のフォトダイオード２６に入射されている
様子を示す。ここでマイクロレンズアレー３５は遮光層
３０からマイクロレンズ４の焦点距離ｆ離れた位置に配
置されている。したがってフォトダイオード２６にはピ
ンホール３１とマイクロレンズ４の光学中心を結ぶ特定
方向の光３６のみが入射される。被写体３９の各部の照
度はフォトダイオード２６によって測定され、明るさに
比例した電荷がフォトダイオード２６内に生成され、一
定の規則にしたがって読み出され、出力される。図４に
示したように、マイクロレンズアレー３５を通過する外
光３６を全て相互に平行とするならば、透過型撮像装置
２前方に位置する被写体３９は撮像装置２の大きさ程度
に撮影される。

【００１６】図５及び図６は本発明の第２の実施例を示
し、図５は図６のＤ部の拡大図であり、図１及び図４で
示した第１の実施例の変形である。本実施例は、撮像装
置２の面積サイズ以上の大きな被写体を撮影するための
実施例である。本実施例は図１ないし４で示した第１の
実施例と構成は同一であるので構成に関する説明は省略
する。遮光層３０のホール３１の位置と、マイクロレン
ズの位置を透過型撮像装置１の中央部から周辺部に行く
に従いずらせ、マイクロレンズ４の光学的中心とホール
３１の中心を結んだ直線は、透過型撮像装置２の中央で
は透明ガラス基板２１に対して垂直であるが、透過型撮
像装置１の周辺部に行くに従い角度θは漸増するように
したものである。フォトダイオード２６に入射する外光
３６は角度θ方向の１方向に限定される。したがって、
ホール３１とマイクロレンズ４とを結んだ直線は放射状
に展開するので、角度２θの範囲を撮影できることにな
る。即ち、フォトダイオードアレー３９の両端のフォト
ダイオード２６、２６のなす角度２θは透過型撮像装置
２が撮影できる垂直画角または水平画角である。

【００１７】図７は本発明の第３の実施例であり、マイ
クロレンズ４に平板マイクロレンズを用いた場合を示
す。平板マイクロレンズ４は、マスクをつけたガラス基
板の両面を溶融塩で浸して、その中に電極を設け、基板
に電界を印加し、イオンを移入すると同時に熱拡散によ
り屈折率分布を形成し、レンズとすることによって形成
される。平板マイクロレンズの詳細は光学ハンドブック
（１０８６年２月２０日、小瀬輝次他編、ｐｐ．５５８
〜５５９、朝倉書店刊）に記載されている。

【００１８】図９は本発明による透過型撮像装置の構成
の一例を示すブロック図である。図１から図７に示した
実施例では、透過型撮像装置の撮像部としてＣＣＤを用
いたが、図９に示した実施例では、ＸＹアドレス型の撮
像部を用いた。図９で６０は水平走査回路、６１は垂直
走査回路、６２は画素アンプ、６３はフォトダイオー
ド、６４は垂直スイッチ、６５は水平スイッチ、６６は
ライン選択スイッチ、６７は出力アンプである。同図で
は、透過型撮像装置の中の電気回路部分の構成のみを示
しており、マイクロレンズや遮光層を有する光学部分に
ついては図１から図７に示した実施例と同様の構成であ
る。

【００１９】本実施例の動作について説明する。マイク
ロレンズおよび遮蔽層の小孔（図示せず）を通して入射
した光はフォトダイオード６３で光電変換され、画素ア
ンプ６２で増幅される。フォトダイオード６３に蓄積し
た信号を読みだす場合には、画素の垂直スイッチ６４と
水平スイッチ６５を同時にオンする。これによって画素
アンプ６２の出力はライン選択スイッチ６６を介して、
出力アンプ６７から出力される。

【００２０】本実施例の透過型撮像装置では、ＣＣＤを
用いず、垂直および水平スイッチによって画素の選択を
行なうＸＹアドレス型の撮像部を備えている。ＣＣＤを
用いる場合、撮像装置のサイズが表示装置と同程度に大
きくなると、ＣＣＤを駆動する際の負荷容量が大きくな
り、消費電力が増大する等の問題があるが、本実施例の
場合には垂直、水平スイッチのオン、オフのみを行なえ
ば良いため消費電力を低減が可能である。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば第１に撮像装置を透明に
して表示装置の表示面に重ね合わせる構造としたので、
表示されている相手の目の位置にあるフォトダイオード
が被写体の（本人）の目を撮影することになり、表示装
置内のどこに位置する相手の視線とも一致させることが
できる。第２に、撮像装置を表示装置の全面にわたって
薄く構成したので表示面前面より大幅に出張ることなく
撮像装置を設置でき、また装置全体を小型化できる。第
３に、ハーフミラーを用いずダイレクトに自分自身を撮
影するので光量が半減することなく画質劣化が防止でき
る。第４に、１個のフォトダイオードに対して１個のマ
イクロレンズを配置するので、マイクロレンズから色収
差や球面収差等の収差除去が不必要で特に高級レンズを
必要としない。

【図面の簡単な説明】

【図１】図２Ｂ部の説明図。

【図２】図３のＡ−Ａ’断面図。

【図３】本発明の第１の実施例の斜視図。

【図４】本発明の第１の実施例の原理の説明図。

【図５】図６のＤ部の説明図。

【図６】本発明の第２の実施例の説明図。

【図７】本発明の第３の実施例の説明図。

【図８】従来例の説明図。

【図９】本発明の第４実施例の説明図。

【符号の説明】

２…透過型撮像装置、３…窓部、４…マイクロレンズ、２１…透明ガラス基板、２２…遮光層、２３…ポリシリコン層、２６…フォトダイオード、３０…遮光層、３１…ホール、３５…マイクロレンズアレー。

フロントページの続き (72)発明者甲展明神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所マルチメディアシステム開発本部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明ガラス基板と、上記ガラス基板面上に
格子状に形成された光遮蔽層と、上記光遮蔽層上に形成
されたフォトダイオードアレーと、上記フォトダイオー
ドアレー上に形成された収束型のマイクロレンズアレー
とから構成され、上記ガラス基板の上記光遮蔽層で覆わ
れていない部分を光が透過可能であることを特徴とする
透過型撮像装置。
【請求項２】上記フォトダイオードアレーの１個のフォ
トダイオードと上記マイクロレンズアレーの１個のマイ
クロレンズの光学中心とを結んだ直線と上記ガラス基板
となす角度が、上記フォトダイオードアレーの中央では
垂直であり、中央から周辺部に離れるに従いその距離に
比例して変化する請求項１に記載の透過型撮像装置。
【請求項３】透明ガラス基板と、上記ガラス基板面上に
格子状に形成された第１の遮光層と、上記第１の遮光層
上に形成されたフォトダイオードアレーと、上記フォト
ダイオードアレー上に形成された第２の遮光層と、上記
第２の遮光層上に形成された収束型のマイクロレンズア
レーとから構成され、上記第２の遮光層にはホールを有
し、上記第２の遮光層と上記マイクロレンズとの距離は
上記マイクロレンズの焦点距離であり、上記ガラス基板
の上記第１の光遮蔽層で覆われていない部分を光が透過
可能であることを特徴とする透過型撮像装置。
【請求項４】上記第２の遮光層のホールと上記マイクロ
レンズアレーの１個のマイクロレンズの光学中心とを結
んだ直線と上記ガラス基板となす角度が、上記フォトダ
イオードアレーの中央では垂直であり、中央から周辺部
に離れるに従いその距離に比例して変化する請求項２に
記載の透過型撮像装置。
【請求項５】上記マイクロレンズアレーが凸レンズアレ
ーである請求項１、２、３または４に記載の透過型撮像
装置。
【請求項６】上記マイクロレンズアレーが平板マイクロ
レンズアレーである請求項１、２、３または４に記載の
透過型撮像装置。
【請求項７】上記マイクロレンズアレーの表面に光反射
防止膜を形成した請求項１、２、３、４、５または６に
記載の透過型撮像装置。
【請求項８】請求項１、２、３、４、５、６または７に
おいて、上記フォトダイオードアレーで光電変換した信
号を電荷結合素子によって転送し、出力する透過型撮像
装置。
【請求項９】請求項１、２、３、４、５、６または７に
おいて、上記フォトダイオードアレーにおける各フォト
ダイオードを選択するための垂直、および水平スイッチ
を設け、上記垂直、および水平スイッチをオン、オフす
ることにより、上記フォトダイオードに蓄積した信号を
出力するように構成した透過型撮像装置。
【請求項１０】請求項１、２、３、４、５、６、７、８
または９に記載の上記透過型撮像装置を表示装置の表示
面に配置し、上記第１の遮光層の格子状窓を通して、上
記表示装置の表示内容を視認する透過型撮像装置一体型
表示装置。
【請求項１１】上記表示装置がブラックマトリクスを有
する透過型の液晶表示装置であり、上記ブラックマトリ
クスの格子間隔と上記透過型撮像装置の上記第１及び上
記第２光遮蔽層の格子間隔とが一致している請求項５に
記載の透過型撮像装置一体型表示装置。
【請求項１２】上記透過型撮像装置と上記表示面とを両
者の間に空気の介在なく密着した請求項１０または１１
に記載の透過型撮像装置一体型表示装置。