(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＣＭＯＳ素子を含む基板（１）上に、または、シリコンで形成された基板（１）上に、少なくとも１つの電磁波放出素子（２）が複数の電磁波検出素子（３）とともに配置され、または少なくとも１つの電磁波検出素子（３）が複数の電磁波放出素子（２）とともに配置されている光学装置であって、
１以上の電磁波放出素子（２）および１以上の電磁波検出素子（３）が、前記電磁波検出素子（３）が検出した情報に基づいて前記電磁波放出素子（２）を制御する電子評価制御部に接続され、
前記１以上の電磁波放出素子（２）および１以上の電磁波検出素子（３）が基板（１）の表面に構成され、
前記表面は電磁波に対して透明なカバーによって保護され、
電磁波放出素子（２）は、電磁波に対して透明であり、電磁波検出素子（３）を被覆している
ことを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記電磁波放出素子（２）または前記電磁波検出素子（３）に対応付けられた光学構造素子が前記カバーに構成される請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記光学構造素子は、電磁波を集中させ、もしくは、ビームを拡大する請求項２に記載の光学装置。
【請求項４】
電磁波放出素子（２）は、有機発光ダイオードまたは発光ダイオードとして構成されている
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項５】
電磁波検出素子（３）は、フォトダイオード（３）またはＣＭＯＳセンサとして構成されている
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項６】
電磁波放出素子（２）および電磁波検出素子（３）は、前記装置の表面全体にわたって均一に配分されて配置されている
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項７】
電磁波放出素子（２）および電磁波検出素子（３）は可視光波長帯の電磁波に応じて構成されている
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項８】
電磁波放出素子（２）および電磁波検出素子（３）は近赤外光波長帯の電磁波に応じて構成されている
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項９】
前記基板（１）は、前記カバーが配置された側と反対側である背面にＣＭＯＳ素子を有する
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１０】
電磁波検出素子（３）は、障壁層光検出器である
ことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１１】
電磁波放出素子（２）は、電磁波検出素子（３）が検出した信号を用いて制御することが可能である
ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１２】
電磁波検出素子（３）は、複数の異なる波長領域に対して感度を有する
ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１３】
前記光学装置は、筐体内に収納されている
ことを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１４】
前記筐体の少なくとも一部は、電磁波に対して透明である
ことを特徴とする請求項１３に記載の光学装置。
【請求項１５】
前記筐体の電磁波に対して透明な部分を介して、画像情報が撮像される
ことを特徴とする請求項１３または１４に記載の光学装置。
【請求項１６】
電磁波の放出および検出は交互に行われる
ことを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１７】
情報を視覚的に表示することを目的として、または光学画像情報の検出とともに照明を行うことを目的として請求項１から１６のいずれか一項に記載の光学装置を利用する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、好ましくは小型化されて、非常に幅広い用途に利用できる光学装置に関する。生活の多くの場面で利用することができ、商業的な利用も可能である。実際には、情報を視覚的に提示する必要がある場合、および／または光情報を認識し考慮する必要がある場合ならどんな時であれ利用できる。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特に双方向の情報のやり取りに適している「スマート」ディスプレイは、上記の技術に基づき利用可能となっている。
【０００３】
非常に多種多様な情報システムがあふれる中、環境の影響もあって、要求される情報が増加するとともに、人間が処理または考慮すべきであったにもかかわらず無視された情報も増加している。このため、情報同士の関連性や各情報な重要度を考慮することが、特に短時間で決断を迫られる場合には、難しくなってきている。しかし、情報を検出して更に評価するとなれば、非常に長い時間がかかってしまう。
【０００４】
上記の問題に対処するように電子システムを適合させることはこれまではほとんど行われていなかった。技術水準はほとんど発展せず、公知の解決方法に対する適合や改善が行われるにとどまっていた。
【０００５】
光情報および音声情報を再生、利用または保存するデバイスやシステムが知られている。こういったデバイスやシステムは電子的形態で評価するとしてもよい。
【０００６】
しかし、双方向に情報をやり取りする場合は常に、ユーザが何らかの行動をするように求められている。受動的に動作するシステムはまれにしか利用されず、その効果も限られている。また、情報を評価しなければならないので大きく遅延することも頻繁である。
【０００７】
検出、表示、送信または保存に適切な光学システムを構成する。
【０００８】
ここで、情報を視覚的に表示または提示するマイクロディスプレイに利用される様々な技術が利用される。このため、発光ダイオードまたは有機発光ダイオードが利用される。Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ（ＬＣＯＳ）やＭＥＭＳ型マイクロディスプレイといった他の解決方法は変形に過ぎず、光源を追加する必要である。さらに、実現可能なコントラスト比が小さい。
【０００９】
これに比べて、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）には利点がある。ＯＬＥＤの場合は、領域をより大きくして製造することができる。所定の輝度を達成するために必要な電力も少なくてすむ。その一方で、非常に小型の構造として作成することも可能で、解像度も高い。有機発光ダイオードが放出する電磁波は異なる波長帯をカバーすることもできる。例えば、単色の電磁波を放出することもできるし、白色光のようにより大きいスペクトルの電磁波を放出することもできる。
【００１０】
有機発光ダイオードは公知の技術に基づいて製造する。具体的には、ＣＭＯＳ構造が背面に設けられるとともに、それ以外の能動電子素子をも設けるとしてもよい。
【００１１】
しかし、純粋な画像検出システムもまた利用されている。例えば電子画像撮像システム（カメラ）などが挙げられる。このような画像検出システムによれば、光情報を検出して、一時的に保存して（オプション）、送信するか、または即座に別に設けられたディスプレイに表示するとしてもよい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記を鑑みて本発明は、単一の装置によって、より複雑な方法で異なる光情報を利用することができる光学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】
【００１３】
この目的は、本発明に基づき請求項１に記載の特徴を有する装置によって達成する。本発明の利点および更なる発展例は従属項に記載した特徴に基づいて達成することができる。本発明の使用例を請求項２０から２２に記載する。
【００１４】
本発明に係る光学装置では、電磁波を放出する素子および電磁波を検出する素子が共有基板に配置されるか、もしくは当該光学装置に構成されている。当該放出素子および当該検出素子は、双方ともに複数設けられているのが好ましい。しかし、特定の用途の場合は、放出素子または検出素子のいずれかが１つのみ設けられ、他方が複数設けられるとしても十分である。
【００１５】
例えば、１つの放出素子と複数の検出素子を共に用いて装置を構成し、視覚的に認識される前面（ｆｏｒｅｆｉｅｌｄ）を照明するとしてもよい。
【００１６】
放出素子および検出素子は、それぞれ別々にもしくは一緒にマトリックス配列またはアレイ配列を形成するように、互いに対して離れて、且つ互いに隣り合うように配置するとしてもよい。
【００１７】
小型の放出素子および検出素子を複数配設することは、双方向に情報をやり取りする場合特に利点となる。放出素子および検出素子は、装置の表面に対して、均一におよび／または規則正しく配置するとしてもよい。少なくとも表面の一部の領域についてはこのように構成される必要がある。
【００１８】
ここで、表面全体に対して面の比率は同じであってもよい。つまり、装置の表面全体において、もしくは表面の一部領域において、同一の表面部分がそれぞれ放出素子および検出素子と対応付けられる。例えば、電磁波は６０％によって放出され４０％で検出されるとしてもよい。しかし上記の比率以外に、用途毎に適切な比率を選択するとしてもよい。
【００１９】
発光ダイオード（ＬＥＤ）および／または有機発光ダイオードは、光学装置において電磁波放出素子として利用されることが好ましい。また、ＣＭＯＳ技術によって集積化できるので、有機発光ダイオードの方がより好ましい。
【００２０】
フォトダイオードおよび／またはＣＭＯＳフォトダイオードは入射電磁波を検出するべく設けられるとしてもよい。しかしこの検出機能は、ＣＭＯＳフォトトランジスタまたはＣＭＯＳフォト電界効果トランジスタといったＣＭＯＳ技術で製造可能な他の素子によって実現するとしてもよい。
【００２１】
ここで、電磁波に対する所望の波長選択性を考慮しつつ選択するとしてもよい。しかしこれはアナログ的に、電磁波放出素子に関しても当てはまる。このようにして可視光全体または近赤外光全体、もしくは可視光や近赤外光の波長帯の一部のみをカバーするとしてもよい。
【００２２】
しかし、素子を選択することによって、可視光および近赤外波長帯光を含む、より大きな波長帯を考慮するとしてもよい。ここで、フォトダイオードとＣＭＯＳセンサでは感度を有する電磁波の波長帯が異なることを考慮および利用するとしてもよい。
【００２３】
特定の用途に関して、本発明に係る装置は、非可視光の波長帯、好ましくはより大きな波長の電磁波にのみ対応するように構成するとしてもよい。監視するべく、このような電磁波に適した補助構成要素を追加することなしには電磁波を認識できないように、照明および検出が行われる。
【００２４】
本発明に係る光学装置は、カバーを備えるとしてもよい。当該カバーは電磁波に対して透明で、電磁波が放出され且つ検出される電磁波が入射する当該装置の側面に設けられている。このカバーは、保護機能を有するとともに光学的効果をも奏することができる。この目的を達成するため、光学構造素子がカバー上に配設され、放出素子および／または検出素子に対して配置されるとしてもよい。光学構造素子は、電磁波を集中させたり、またはビームを拡大（発散を拡大）するとしてもよい。
【００２５】
この結果、照明する領域が大きくなるとしてもよい。例えば、より大きな領域の画像信号をフィールドの異なる深さで検出するとしてもよいし、光情報が拡大されて表示されるとしてもよい。用途を想定して本発明に係る装置に必要な寸法を最適化するには例えば、入射電磁波が検出素子の方向に集中される場合は基板上の検出素子に対応する表面部分をより小さくしておく、としてもよい。
【００２６】
放出素子および検出素子は、電子評価制御部に接続されている。このようにして、実際には異なる機能を有する素子を組み合わせて利用することによって、用途ごとに非常に容易に調和をとることができる。
【００２７】
このため、検出素子が放出素子に影響を及ぼす可能性がある。例えば、動作中に放出素子の機能が変化すると、デフォルト設定から輝度がずれてしまい、本発明に係る装置の表面において局所的に異なっていることが検出されてしまい、この状態に応じて全てまたは各放出素子が直接制御されてしまう。このため、いわゆるオンライン規制が形成され、別に較正を行うことができる。同様に、周囲環境の光の状態が考慮され、放出される電磁波に対して輝度の適合が行われるとしてもよい。
【００２８】
しかし、双方向に情報をやり取りする場合、検出素子によって視覚的に情報が検出されると、それに応じてすべてまたは選択された電磁波放出素子を制御することによって反応を生じさせるとしてもよい。しかし、このように視覚的に検出された情報を別の方法で考慮する可能性もある。
【００２９】
例えば、非常に多種多様なパラメータが光学的に検出されるとしてもよい。例えば、プロセスの監視中、または条件を変化させながら行われるワークの処理などにおいて、非常に多種多様なパラメータが光学的に検出されるとしてもよい。例えば、プロセス中、またはワークや構成要素において放出される電磁波の変化が検出されると、取得且つ検出された情報に対して反応が生じる。これは例えば、本発明に係る装置による表示または撮像によって実現されるとしてもよい。しかしこの情報は、評価されるとともに並行してさらに処理されるとしてもよい。
【００３０】
本発明は、職場や電子ゲームまたは通信分野といった非常に多種多様なマルチメディア分野において利用されるとしてもよい。またスポーツの分野での利用も可能である。例えば、射撃選手やバイアスロン選手用の双方向型標的デバイスに利用することもできる。産業分野では工場や機械の監視またはメインテナンスを行うこともできる。物流情報を検出して視覚的に提示することも可能である。
【００３１】
しかし本発明によれば、生物の生理学的パラメータを検出することもできる。例えば、生物の目に対して検出を行うとしてもよい。血流による脈、血圧および／または生物が注意を払っているもの等を検出するとしてもよい。このような目的を達成するべく、本発明に係る装置は生物の少なくとも１つの目に載置できる筐体内に収納するとしてもよい。この筐体は、上記の目的を達成するべく、少なくとも一部が光学的に透明であるとしてもよい。このようにして生物はそれぞれ、周囲環境を視覚的に観察し続けてもよい。画像情報は投射によって筐体内で撮像され、また生物によっても視覚的に検出されるとしてもよい。生物の反応が検出され、光学的な検出の可能性によって双方向的に影響を受ける。情報はさまざまな方法で考慮されるとしてもよい。例えば、電磁波を放出する素子に影響を及ぼすべく特別な制御信号が生成されるとしてもよい。しかし、重要な生理学的パラメータ、例えば注意力が下がったことが検出された場合などは、警告信号が生成されるとしてもよい。
【００３２】
上述した用途や、それ以外の用途、特に双方向に情報がやり取りされる場合、電磁波放出素子および電磁波検出素子を交互にまたは別の方法で順次動作させることは、効果的であるとしてもよい。所定の周波数で放出と検出を切り替えるとしてもよい。この周波数は、人間の目では検出できないような値に設定されるとしてもよい。
【００３３】
電磁波放出素子は公知の方法で基板上に構成されるとしてもよい。しかしさらに、電磁波検出素子もまた、各基板の表面上に適切な構造で構成されるとしてもよいし、各基板に構成されるとしてもよい。このように両素子を構成するためにはＣＭＯＳ技術を利用するとしてもよい。１以上の電磁波放出素子が、ＣＭＯＳ基板の表面に構成された金属層／金属電極上に設けられた１または複数の有機発光ダイオードとして構成されるとしてもよい。放出素子はそれぞれ、局所的に電磁波を直接放出するべく個別に制御されるとしてもよい。ここで、放出される電磁波それぞれの強度／輝度、および／または波長つまり色が制御される。
【００３４】
さらに、各素子を強化、保存および／または制御するべく、放出素子または検出素子の下方にトランジスタやコンデンサなどの能動および受動電子／電気素子を設けるとしてもよい。
【００３５】
しかしまた、基板にフォトダイオードを集積して構成することも可能である。この構成を実現するべく一実施形態において、検出素子用に、ｎ型導電領域をｐ型導電領域内もしくは基板に構成するとしてもよい。このようなｎ型導電領域はｐ型導電材料内に井戸として構成されるとしてもよい。
【００３６】
基板はシリコンから成るとしてもよい。当該基板に対して、任意で、ドーピングが行われるとしてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
本発明は、以下に示す例に基づいてさらに詳細に説明される。
【００３８】
図１は、本発明に係る装置の一例を示す部分断面図であり、図２は、本発明に係る装置の一例を示す平面図である。
【００３９】
本発明に係る装置の一例の構成を図１の概略図に示す。ここで、電磁波を放出する素子として、シリコンから成る基板１の上に公知の実施形態である有機発光ダイオード２を含む構成を配設するとしてもよい。さらに、構造化された金属層が構成され、当該金属層は導電体および電子構成要素を形成する。トランジスタ３'は有機発光ダイオード２と対応付けられている。
【００４０】
図１に示した例では、電磁波検出素子であるフォトダイオード３およびトランジスタ３'が形成されている。ここで、井戸型形状のｎ型導電領域１０が、フィールド酸化物６を間に挟んで互いから離れて位置するように、基板１に形成されている。ゲート７および埋め込みチャネル１１がＣＭＯＳ技術によってトランジスタ３'に形成されている。対応する金属導体構造８との間に導電接続が形成される。
【００４１】
有機発光ダイオード２および電磁波放出素子３は、電磁波が有機発光ダイオード間に入射し、電磁波検出素子３によって電磁波を検出できるように配置されるとしてもよい。電磁波に対して透明な有機発光ダイオード２が設けられている場合は、有機発光ダイオード２同士の間に上述したような間隙を設けている配置は任意としてもよい。透明な有機発光ダイオード２は、検出素子３の上方に配設され、検出素子３を被覆するとしてもよい。しかしこの場合は、スイッチを用いて電磁波の放出と検出を交互に制御することが望ましい。
【００４２】
同図に示した例によると、金属構造４、８および９は上述した素子を制御するべく３つの異なる平面に構成されている。しかし金属構造４、８または９は、２つの異なる平面上のみに構成するとしてもよいし、４つ以上の平面に構成するとしてもよい。
【００４３】
図２の平面図には、本発明の一実施形態に係るディスプレイとして適切な光学装置の例を示す。
【００４４】
この場合、電磁波を放出する３つの有機発光ダイオードが互いに隣接するように配置され、それぞれ赤色光、緑色光および青色光の波長帯の電磁波を放出する。対応する検出素子は、中間に設けられる。このようにすることで、電磁波放出素子および電磁波検出素子を規則的に配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る装置の一例を示す部分断面図である。
【００４６】
【図２】本発明に係る装置の一例を示す平面図である。
【図１】
0005660589.tif 000002
【図２】
0005660589.tif 000003