(57)【要約】【課題】  光路構成が簡素化されてその調整や設定が容易なホログラム撮像素子を提供する。【解決手段】  透明なガラス基板１上に複数のフォトセンサ２が透明な絶縁層を介してマトリクス配置されてなるフォトセンサアレイ板Ａpsのセンサアレイ側に、反射偏光板３とλ／２位相差板４を積層してなる光分離投射手段としての光学積層体Ｏspを配置し、反対側に、光源として半導体レーザー５と、この半導体レーザー５から射出された光をガイドしフォトセンサアレイ板Ａpsのガラス基板１に平行光束にして入射させる光源部Ｌsを配置し、半導体レーザー５からの射出光をフォトセンサアレイ板Ａpsを透過させて光学積層体Ｏspで反射光と透過光に分離し、反射光を参照光として対応するフォトセンサに投射すると共に、透過光を撮像対象物のこけし人形ｆに反射させて物体光とした後再度入射させ、同じフォトセンサ２に向けて出射させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に透明な絶縁性基板上に、光の入射により電子−正孔対を生成する半導体層と、前記半導体層の両端部に電気接続されたソース電極及びドレイン電極と、前記半導体層の少なくとも中央部に対し絶縁層を介して対向配置されたゲート電極とからなる複数個のフォトセンサが、実質的に透明な絶縁層を介在させて所定の配列で配置されてセンサアレイ面を形成するフォトセンサアレイと、
可干渉光を射出し、この射出光を前記フォトセンサアレイの前記絶縁性基板に入射させ、前記フォトセンサ間を透過させて前記センサアレイ面から出射させる光源部と、
前記フォトセンサアレイのセンサアレイ面に対向配置され、前記フォトセンサアレイのセンサアレイ面から出射した光のうちの一部を前記センサアレイ面に向けて反射させる参照光と、前記出射した光のうちの他の一部を透過させて撮像対象物に照射させる照射光とに分離し、前記照射光の前記撮像対象物で反射した物体光と、前記参照光とにより前記センサアレイ面に干渉縞を形成する光分離投射手段とを、
有することを特徴とするホログラム撮像素子。
【請求項２】
前記光分離投射手段は、互いに直交する透過軸と反射軸を備えた反射偏光板と、この反射偏光板を透過し撮像対象物に投射されて反射した物体光の偏光方向を前記反射偏光板の透過軸に沿った直線偏光とする光学素子とを積層してなり、前記反射偏光板を前記フォトセンサアレイのセンサアレイ面に対向させて配置したことを特徴とする請求項１に記載のホログラム撮像素子。
【請求項３】
前記光分離投射手段は、入射光の一部を反射させると共に他の一部を透過させる半透過反射板に拡散反射層を積層してなり、前記拡散反射層を前記フォトセンサアレイのセンサアレイ面に対向させて配置したことを特徴とする請求項１に記載のホログラム撮像素子。
【請求項４】
前記フォトセンサを、前記ゲート電極が前記半導体層を挟んで１個づつ配置されたダブルゲート型薄膜トランジスタ構造に形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載のホログラム撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトセンサを用いたホログラム撮像素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、立体映像を表示する手段の一つとしてホログラムを用いるホログラフィ技術が広く用いられている。このホログラフィ技術は、二つ以上のカメラを使い視角を変えることで立体像を得る方式等に比べて、観察者に極めて自然な立体感を与えることができるという利点を備えている。
【０００３】
上述のホログラフィ技術は、例えば特許文献１に示されるように、同一光源から射出された光をハーフミラー等の光分離手段を介して２光路に分け、一方を撮像対象の物体に照射してその反射光が対象物体を表す画像信号光（以下、物体光という）とし、他方を光源の波面情報（位相情報）だけを含む参照光として、これらを被記録媒体に同時に照射し、干渉縞の形で光の強度（振幅）と位相情報をホログラム情報として記録しておき、このホログラム情報が記憶された被記録媒体に再び参照光を照射することにより、回折現象を利用してそのホログラム情報を再生するものである（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−３１２１４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来のホログラフィ技術よる場合、記録媒体上に所望の干渉縞を形成するために各種レンズやスリット等の光学素子を配置して光路調整を行うが、その場合の光路構成が複雑化し、その調整や設定が難しい。
【０００５】
本発明は、光路構成が簡素化されてその調整や設定が容易なホログラム撮像素子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のホログラム撮像素子は、実質的に透明な絶縁性基板上に、光の入射により電子−正孔対を生成する半導体層と、前記半導体層の両端部に電気接続されたソース電極及びドレイン電極と、前記半導体層の少なくとも中央部に対し絶縁層を介して対向配置されたゲート電極とからなる複数個のフォトセンサが、実質的に透明な絶縁層を介在させて所定の配列で配置されてセンサアレイ面を形成するフォトセンサアレイと、可干渉光を射出し、この射出光を前記フォトセンサアレイの前記絶縁性基板に入射させ、前記フォトセンサ間を透過させて前記センサアレイ面から出射させる光源部と、前記フォトセンサアレイのセンサアレイ面に対向配置され、前記センサアレイ面から出射した光のうちの一部を前記センサアレイ面に向けて反射させる参照光と、前記出射した光のうちの他の一部を透過させて撮像対象物に照射させる照射光とに分離し、前記照射光の前記撮像対象物で反射した物体光と、前記参照光とにより前記センサアレイ面に干渉縞を形成する光分離投射手段とを、有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のホログラム撮像素子によれば、記録媒体として部分的に光を透過可能なフォトセンサアレイを用い、センサアレイ面とは反対側の面（裏面）から光源光を入射させて表面側に出射させ、この表面側に設けた光分離投射手段により物体への照射光と参照光に分離し、参照光は前記フォトセンサアレイへ反射され、前記照射光は物体に照射されて、その反射光が物体光となってフォトセンサアレイに投射され、これらの参照光と物体光と干渉縞からなるホログラムがセンサアレイ面に形成されるから、光路構成が極めて簡素化され、操作が容易で信頼性に優れたホログラム撮像素子をより安価に提供可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明のホログラム撮像素子においては、前記光分離投射手段が、互いに直交する透過軸と反射軸を備えた反射偏光板と、この反射偏光板を透過し撮像対象物に反射した物体光を振動方向が前記反射偏光板の透過軸に沿った直線偏光とする例えば位相差板等の光学素子とを積層してなり、この積層体を前記反射偏光板が前記フォトセンサアレイのセンサアレイ面に対向するように配置することが好ましく、これにより、物体光をロス無くフォトセンサに投射させることができ、明瞭なホログラム情報を効率良く取得することができる。
【０００９】
また、前記光分離投射手段が入射光の一部を反射させると共に他の一部を透過させる半透過反射板に光拡散層を積層してなり、これを前記光拡散層がフォトセンサアレイのセンサアレイ面に対向するように配置することが好ましく、これにより、ホログラム撮像素子の構造がより簡素化される。
【００１０】
さらに、前記フォトセンサをゲート電極が半導体層を挟んで１個づつ配置されたダブルゲート型薄膜トランジスタ構造とすることが好ましく、これにより、より高感度なホログラム情報の取得が可能となる。
【００１１】
図１は本発明の一実施形態としてのホログラム撮像素子の全体構成を示す概念図で、図２はその要部Ｑの詳細構成を示す部分拡大断面図である。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態のホログラム撮像素子は、透明なガラス基板１の一方の主面に複数のフォトセンサ２が所定の間隔を保って配置されたフォトセンサアレイ板Ａpsを挟んで、そのセンサアレイ面側（以下、前面側という）に、光分離投射手段として反射偏光板３とλ／２位相差板４とを積層してなる光学積層体Ｏspが対向配置され、ガラス基板１側つまり背面側に、可干渉光を射出する光源５、その射出光を集光する集光レンズ６、ピンホール７、及び平行光束を得るためのコリメータレンズ８とからなる光源部Ｌsが配置されて、構成されている。なお、このホログラム撮像素子によりホログラム情報を撮像するときは、撮像対象物の例えば人形ｆに対して、光学積層体Ｏspのλ／２位相差板４側を対向させる。
【００１３】
まず、フォトセンサアレイ板Ａpsの構成を、図２及び図３の構成説明図に基づき説明する。
本実施形態のフォトセンサアレイ板Ａpsは、可視光を透過する実質的に透明なガラス基板１上に、ホログラム情報が書き込まれる各フォトセンサ２が図３に示すようにマトリクス状に所定の間隔を保って配列されてセンサアレイ部Ｓaが形成され、このセンサアレイ部Ｓaの周囲に各フォトセンサ２を作動させるための各種ドライバが配置されている。
【００１４】
各フォトセンサ２は、図２に示すように、ダブルゲート型薄膜トランジスタ構造に形成されている。
すなわち、各フォトセンサ２は、光の入射により電子−正孔対を生成する半導体層２０を共通のチャンネル領域として、この半導体層２０、ソース電極２２、ドレイン電極２３、トップゲート絶縁膜２５、及びトップゲート電極２６により形成される上部ＭＯＳトランジスタと、半導体層２０、ソース電極２２、ドレイン電極２３、ボトムゲート絶縁膜２７、及びボトムゲート電極２８により形成される下部ＭＯＳトランジスタとをガラス基板１上に形成してなる。なお、２１はソース電極２２、ドレイン電極２３と半導体層２０を電気接続するオーミックコンタクト層であり、２４は半導体層２０を保護するブロッキング絶縁層であり、２９はセンサアレイ部Ｓａ（図３参照）全体を覆って保護する保護絶縁膜である。
【００１５】
このように、本実施形態においては、フォトセンサ２をダブルゲート型薄膜トランジスタ構造に形成したから、ボトムゲート電極２８の電界による半導体層２０のチャンネル形成がトップゲート電極２６からの電界により制御され、半導体層２０に光が照射されない時（暗時）に流れるドレイン電流が極めて小さくなり、その結果、光照射時（明時）と暗時におけるそれぞれのドレイン電流の差を充分大きく確保でき、高感度のフォトセンサとすることができる。
【００１６】
ここで、保護絶縁膜２９、トップゲート絶縁膜２５、ブロッキング絶縁層２４、及びボトムゲート絶縁膜２７は、窒化シリコン等の透光性絶縁膜からなり、トップゲート電極２６とそのリード配線であるトップゲートラインは、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透光性導電材料からなり、ともに高い光透過率を示す。一方、ソース電極２２、ドレイン電極２３、ボトムゲート電極２８、及びそれらのリード配線のソースライン、ドレインライン、ボトムゲートラインは、クロム、アルミニウム、或いはそれらの合金等の遮光性材料からなる。従って、各フォトセンサ２の配設部に対しては、その背面側からはボトムゲート電極２８に遮断されて光が透過しないが、各フォトセンサ２の間は、光が高い透過率で透過する。
【００１７】
図３に戻って、センサアレイ部Ｓaの周囲に配置されているドライバ部は、ボトムゲートドライバＤbg、トップゲートドライバＤtg、ドレインドライバＤd、及びコントローラＣdからなる。コントローラＣdは、ボトムゲートドライバＤbgとトップゲートドライバＤtgに制御信号CNTをそれぞれ出力し、両ドライバから行毎に所定のタイミングで所定レベルの信号を各ゲート電極２６、２８にそれぞれ出力させ、各フォトセンサ２の状態を各行毎に、リセット状態、フォトセンス状態、読み出し状態に順次変化させる。そして、ドレインドライバＤdにより読み出し状態のフォトセンサ２のドレインラインの電位変化を読み出し、これをホログラムデータ信号DATAとして順次取り込んでいく。
【００１８】
図２に戻って、上述のように構成されたフォトセンサアレイ板Ａpsの前面側に対向配置された反射偏光板３は、互いに直交する偏光軸と反射軸を備える光学素子であり、入射光Ｒの内の透過軸に沿った方向に振動する成分光Ｒ1を透過し，反射軸に沿った方向に振動する成分光Ｒ2を反射させる。
【００１９】
反射偏光板３のフォトセンサアレイ板Ａpsに対向する側とは反対側の面つまり前面には、λ／２位相差板４が重畳設置されている。λ／２位相差板４は、透過光に対しその波長の１／２の位相差を付与する光学素子である。
【００２０】
一方、フォトセンサアレイ板Ａpsのガラス基板１側つまり背面側には、図１に示すように、可干渉光を射出する光源５としての半導体レーザーとその射出光を集光する集光レンズ６、及び平行光束を得るためのコリメータレンズ８とが光軸を揃えて配置され、集光レンズ６とコリメータレンズ８の間には、ピンホール７が穴７ａをコリメータレンズ８の焦点に位置させて配置されて、光源部Ｌsが構成されている。
【００２１】
次に、上述のように構成されたホログラム撮像素子によるホログラム撮像動作について説明する。
半導体レーザー５から放射状に射出されたレーザー光は、集光レンズ６でピンホール７の孔７ａに向けて集束され、孔７ａを通過した光は再び拡散されてコリメータレンズ８に入射する。コリメータレンズ８に入射した光はここで平行光となって出射し、フォトセンサアレイ板Ａpsをその背面から照射する。
【００２２】
フォトセンサアレイ板Ａpsの背面に照射された光のうち、そのフォトセンサ２間に入射した光は、共に光透過率が高い、ガラス基板１とボトムゲート絶縁膜２７、トップゲート絶縁膜２５、及び保護絶縁膜２９を順次透過し、反対側に出射する。出射した光Ｒは、対向配置されている反射偏光板３に入射し、ここで、入射光のうちの透過軸に沿った方向に振動する成分光の直線偏光Ｒ1が透過してその前側に重設されているλ／２位相差４に入射し、反射軸に沿った方向に振動する成分光の直線偏光Ｒ2がフォトセンサアレイ板Ａps側に反射される。
【００２３】
反射偏光板３で反射された直線偏光Ｒ2は、フォトセンサアレイ板Ａpsのセンサアレイ面（前面）に参照光として投射される。
【００２４】
一方、反射偏光板３を透過しλ／２位相差板４に入射した直線偏光は、λ／２位相差板４を透過する際にその波長の１／２の位相差が付与されて偏光方向が９０°異なる直線偏光Ｒ1となって出射され、撮像対象のこけし人形fに投射される。この直線偏光Ｒ1は、撮像対象物の表面で反射されて撮像対象物の画像信号を含む物体光としての直線偏光Ｒ1´となり、再度λ／２位相差板４に入射し、これを透過する際に更に波長の１／２の位相差が付与されて振動方向が反射偏光板３の透過軸に沿った方向の直線偏光となる。この直線偏光は、反射偏光板３をそのまま透過し、上記参照光が投射されているフォトセンサ２のセンサアレイ面に物体光として投射される。この場合、物体光となった直線偏光Ｒ1´の振動方向がλ／２位相差板４を介することにより反射偏光板３の透過軸方向に揃えられるから、物体光の直線偏光Ｒ1´をロスを抑えて効率良く反射偏光板３を出射させてセンサアレイ面に投射できる。
【００２５】
上述のように参照光Ｒ2と物体光Ｒ1´が投射されたセンサアレイ面では、これらが干渉して干渉光となり干渉縞が形成される。この干渉縞情報つまりホログラムデータは、個々のフォトセンサ２により検出される干渉光の光強度分布データとして取得される。即ち、干渉光が各フォトセンサ２の半導体層２０を照射することによりチャンネルが形成され、その照射干渉光の強度に応じてドレイン電流の大きさが変化し、このドレイン電流の変化に基づく電位変化がドレインドライバＤdによりホログラムデータ信号DATAとして読み出される。
【００２６】
次に、本発明の他の実施形態について、図４に基づき説明する。
本実施形態のホログラム撮像素子は、光分離投射手段として半透過反射板３０に光拡散膜３１を被着した光分離投射素子Ｏｅを配置したものである。その他の構成は、上記実施形態と同じである。
【００２７】
本実施形態の光分離投射素子Ｏｅを構成する半透過反射板３０は、薄い金属板からなり入射光をそれぞれ所定の割合で反射させると共に透過させるものである。この薄肉金属板からなる半透過反射板３０の一方の主面には、光拡散膜３１が被着されており、この光拡散膜３１をフォトセンサアレイ板Ａpsに対向させた配置で、光分離投射素子Ｏｅが設置されている。この場合、光拡散膜３１は、フォトセンサアレイ板Ａpsを透過し半透過反射板３０で反射される光が正反射されるのを防止するために設けてある。なお、半透過反射板３０に入射する光の正反射を防止するには、単に半透過反射板３０のフォトセンサアレイ板Ａpsに対向させる表面にシボ加工等の表面処理により微細な凹凸を形成するだけでもよい。
【００２８】
本実施形態によれば、半導体レーザー光源５から射出されフォトセンサアレイ板Ａpsを透過した光Ｒが、拡散膜３１を介して半透過反射板３０に入射し、そのうちの所定の割合の光が反射され、他の所定の割合の光が透過して撮像対象物のこけし人形ｆに投射される。
【００２９】
反射された光Ｒ2は拡散膜３１を介することにより拡散されて対応するフォトセンサ２に参照光として投射される。一方、半透過反射板３０を透過し撮像対象物のこけし人形ｆに投射された光Ｒ1は、その表面で反射されて物体光となり、再度半透過反射板３０に入射しこれを透過する。この半透過反射板３０を透過して出射する物体光は撮像対象物の非平滑表面で反射された拡散光であるから、フォトセンサ２に投射される参照光と物体光は共に拡散反射された略同じ強度の光となり、これにより双方の光の干渉作用が円滑に進行する。
【００３０】
この後は、共に拡散反射光である参照光と物体光とからなる干渉光が対応するフォトセンサ２に投射され、上記実施形態の場合と同様に干渉光の光強度分布つまり干渉縞を表すホログラムデータ信号DATAがドレインドライバＤdにより読み出される。
【００３１】
以上のように、本実施形態によれば、光分離投射手段として、入射光の一部を反射させると共に他の一部を透過させる半透過反射板３０に光散層を積層してなる光分離投射素子Ｏeを配置したから、ホログラム撮像素子の構造がより簡素化される。
【００３２】
なお、本発明は上記の特定の実施形態に限定されるものではない。
例えば、光分離投射手段は、入射光を反射光と透過光に分離し、反射光を参照光としてフォトセンサに投射し、透過光を撮像対象物に投射して反射させて物体光とした後、参照光を投射した同じフォトセンサに投射できるものであればよく、従って、図２に示す実施形態では、光分離投射手段を、λ／２位相差４を省略して反射偏光板３のみとしてもよい。
【００３３】
また、光源光としては、レーザー光に限らず、ＬＥＤ（Light-Emitting Diode）光のような準単色光も好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態としてのホログラム撮像素子の全体概念を示す説明図である。
【図２】上記ホログラム撮像素子の詳細構成を示す要部拡大断面図である。
【図３】上記ホログラム撮像素子の全体構成を示す概略構成図である。
【図４】本発明の他の実施形態としてのホログラム撮像素子を示す要部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１            ガラス基板
２            フォトセンサ
３            反射偏光板
４            λ／２位相差板
５            光源（半導体レーザー）
６            集光レンズ
７            ピンホール
８            コリメータレンズ
２０          半導体層
２２          ソース電極
２３          ドレイン電極
２６          トップゲート電極
２８          ボトムゲート電極
２９          保護絶縁膜
３０          半透過反射板
３１          拡散層
Ａps          フォトセンサアレイ板
Ｏsp          光学積層体
Ｏe           光分離投射素子
Ｄd           ドレインドライバ
Ｃd           コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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