３次元インタラクティブディスプレイ
【課題】マルチタッチセンシングや３次元ジェスチャー認識などを行うことができ、しかも薄型に構成することができる３次元インタラクティブディスプレイを提供する。
【解決手段】３次元インタラクティブディスプレイは、検出しようとする物体１５に光を照射するための光源１１と、光源１１から物体１５に光１６を照射することにより発生する散乱光１７が入射し、この散乱光１７の強度を変調する機能を少なくとも有する光変調層１２と、光変調層１２を透過した光を受光するための透明受光層１３と、透明受光層１３に関して光変調層１２と反対側に設けられたディスプレイパネル１４またはバックライトパネルとを有する。透明受光層１３は受光素子Ｄの２次元アレイを有する。
【解決手段】３次元インタラクティブディスプレイは、検出しようとする物体１５に光を照射するための光源１１と、光源１１から物体１５に光１６を照射することにより発生する散乱光１７が入射し、この散乱光１７の強度を変調する機能を少なくとも有する光変調層１２と、光変調層１２を透過した光を受光するための透明受光層１３と、透明受光層１３に関して光変調層１２と反対側に設けられたディスプレイパネル１４またはバックライトパネルとを有する。透明受光層１３は受光素子Ｄの２次元アレイを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、３次元インタラクティブディスプレイに関し、例えば、マルチタッチセンシングや３次元ジェスチャー認識などが可能なフラットパネルディスプレイに適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の接触点を同時に認識するための技術であるマルチタッチセンシング技術は、携帯電話やフラットパネルディスプレイなどにおいて広く採用されている。しかしながら、従来のほとんどのマルチタッチセンシングデバイス、例えば、静電容量式マルチタッチタブレット（非特許文献１参照。）や感力式マルチタッチセンサ（非特許文献２参照。）などは、スクリーンから離れた位置でのジェスチャーを検出する能力を有していない。ほとんどの３次元ジェスチャー認識デバイスは、空間情報を得るためにカメラを使用することによって実現される。しかしながら、カメラを用いると、像を得るために物体とカメラとの間に空間が必要となることから、これらの技術はフラットパネルテレビ、タブレット、携帯電話、携帯ゲーム機などの薄型あるいは携帯デバイスには適していない。ほとんどの関連研究（非特許文献３参照。）においては、マルチタッチセンシングおよび３次元ジェスチャー認識は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を双方向マスクとして使用することによって実現され、これにより、バックライトの拡散板の背後のカメラがスクリーンの前方の物体の像を得ることが可能となる。しかしながら、このデバイスも、カメラで像を得るために、ディスプレイとカメラとの間に比較的大きな空間が必要であることから、薄型あるいは携帯デバイスには適していない。一方、バックライトの背後に像検出面を配置すると、バックライトに発光ダイオード（ＬＥＤ）を採用することが難しくなる。それはＬＥＤあるいは有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）の基板は一般に不透明であるためである。また、ＯＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、Ｅインクディスプレイなどの、より高輝度、より高コントラスト、より広い視野角あるいはより高い電力効率を有するディスプレイの技術を利用することができない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】LEE, S., BUXTON, W., AND SMITH, K. C. 1985. A multi-touch three dimensional touch-sensitive tablet. In ACM SIGCHI, 21-25
【非特許文献２】HILLIS, W. D. 1982. A high-resolution imaging touch sensor.Int'l. J. of Robotics Research 1, 2, 33-44
【非特許文献３】Matthew Hirsch, Douglas Lanman et al. A Thin, Depth-SensingLCD for 3D Interaction using Light Fields, SIGGRAPH Asia, 2009
【非特許文献４】Fenimore et al. Codes 1978. Codes aperture imaging with uniformly redundant arrays. Appl. Optics 17, 3, pp337-347, 2009
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように、従来は、マルチタッチセンシングや３次元ジェスチャー認識などを行うことができ、しかも薄型に構成することができる３次元インタラクティブディスプレイは提案されていなかった。
【０００５】
そこで、本開示が解決しようとする課題は、マルチタッチセンシングや３次元ジェスチャー認識などを行うことができ、しかも薄型に構成することができる３次元インタラクティブディスプレイを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本開示は、
検出しようとする物体に光を照射するための光源と、
上記光源から上記物体に光を照射することにより発生する散乱光が入射し、この散乱光の強度を変調する機能を少なくとも有する光変調層と、
上記光変調層を透過した光を受光するための透明受光層と、
上記透明受光層に関して上記光変調層と反対側に設けられたディスプレイパネルまたはバックライトパネルとを有する３次元インタラクティブディスプレイである。
【０００７】
光源は、典型的には、ディスプレイパネルまたはバックライトパネルからの可視光と重ならない波長の光、すなわち紫外光または赤外光を発生するものが用いられる。この光源は、この３次元インタラクティブディスプレイのスクリーンに接近する物体を検出することができるようにプローブ光を発生するものである限り、基本的にはどのようなものを用いてもよい。この光源は、好適には、光源から発生する光がスクリーンの前方の空間全体に照射されるように構成される。光変調層は、光源からの光が、スクリーンに接近する物体により散乱されることにより発生する散乱光に対して空間フィルター（マスク）となるものである限り、基本的にはどのようなものであってもよい。この光変調層としては、好適には、液晶パネルなどが用いられるが、これに限定されるものではない。
【０００８】
ディスプレイパネルは、画像を表示することができるものである限り、特に限定されないが、例えば、有機発光ダイオードディスプレイパネル、プラズマディスプレイパネル、液晶ディスプレイパネルなどである。
【０００９】
透明受光層は、光変調層を透過した光を受光することができるように受光素子が、典型的には複数の受光素子が配列されたものである。受光素子としては、光源からの光がスクリーンに接近する物体により散乱されることにより発生する散乱光を検出することができるものである限り、基本的にはどのようなものであってもよく、必要に応じて選ばれる。この受光素子としては、最も好適には、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体と少なくとも一つの、長寿命励起状態を有する色素を含むタンパク質、有機色素または無機色素との複合体からなる光伝導体を用いた受光素子が用いられ、この受光素子が複数配列される。この受光素子は、透明基板上に設けてもよいし、そうでなくてもよい。この受光素子は、光変調層の後面上に設けてもよい。
【００１０】
上記の光伝導体においては、典型的には、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体とタンパク質、有機色素または無機色素とは非共有結合または共有結合により互いに結合する。典型的には、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体は全体としてネットワークを形成している。導電性ポリマーおよび／または高分子半導体はｐ型のものが多いが、ｎ型であってもよい。タンパク質に含まれる、長寿命励起状態を有する色素の「長寿命」とは、蛍光性ないしは燐光性を有するような色素に一般的な励起寿命を意味し、典型的には数十ピコ秒以上であるが、これに限定されるものではない。タンパク質は、例えば、電子伝達タンパク質、補酵素を含むタンパク質、グロビン類、蛍光タンパク質および蛍光タンパク質の変異種からなる群より選ばれた少なくとも一種である。電子伝達タンパク質としては、従来公知の電子伝達タンパク質を用いることができる。より具体的には、電子伝達タンパク質としては、金属を含む電子伝達タンパク質または金属を含まない（金属フリー）電子伝達タンパク質を用いることができる。電子伝達タンパク質に含まれる金属は、好適には、ｄ軌道以上の高エネルギーの軌道に電子を有する遷移金属（例えば、亜鉛や鉄など）である。有機色素または無機色素としては従来公知のものを用いることができ、必要に応じて選ばれる。必要に応じて、タンパク質、有機色素および無機色素のうちの二種類または三種類を一緒に用いてもよい。導電性ポリマーおよび／または高分子半導体とタンパク質、有機色素または無機色素との複合体は、機械的強度の向上を図るために、必要に応じて、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体より機械的強度が高い他のポリマーをさらに含む。こうすることで、光伝導体を基板上に支持する必要がなくなる。
【００１１】
上記の受光素子においては、典型的には、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体が第１の電極と第２の電極との間に電気的に接続されている。必要に応じて、機械的支持のために、光伝導体、第１の電極および第２の電極が基板上に設けられる。この基板は透明であっても透明でなくてもよい。例えば可視光に対して透明な光電変換素子を得るためには、これらの基板、第１の電極および第２の電極は可視光に対して透明に構成される。
【００１２】
上記の光伝導体の製造方法においては、典型的には、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体とタンパク質、有機色素または無機色素とを非共有結合または共有結合により互いに結合させる。導電性ポリマーおよび／または高分子半導体とタンパク質、有機色素または無機色素との複合体は、例えば、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体とタンパク質、有機色素または無機色素とを含む溶液を用いて形成することができる。また、この複合体は、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体とタンパク質、有機色素または無機色素とを含む溶液にリンカーを添加して導電性ポリマーおよび／または高分子半導体とタンパク質、有機色素または無機色素とをこのリンカーにより結合させた後、この溶液を用いて形成することができる。さらに、この複合体は、例えば、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体を形成するためのモノマーと上記の色素とを含む溶液を用いて電気化学的重合法によりそのモノマーから導電性ポリマーおよび／または高分子半導体を形成した後、この溶液にアポタンパク質を添加して上記色素を含むタンパク質を形成し、この溶液を用いて形成することもできる。受光素子の製造方法においては、典型的には、基板上に第１の電極および第２の電極を形成した後、基板上に上記の光伝導体を導電性ポリマーおよび／または高分子半導体が第１の電極と第２の電極との間に電気的に接続されるように形成する。
【００１３】
上述の本開示においては、光源からの光がスクリーンに接近する物体に照射されることにより発生する散乱光を光変調層に入射させると、この光変調層により光強度の空間変調が行われ、この空間変調が行われた光が透明受光層に入射して受光される。こうすることでレンズを用いずに物体の像を受光面に結像させることが可能である。また、このとき、この光変調層と透明受光層との間の距離は、レンズにより結像させる場合に比べて、ずっと小さくすることができる。また、ディスプレイパネルを用いる場合には、このディスプレイパネルに画像を表示することができ、バックライトパネルを用いる場合には光変調層そのものをディスプレイパネルとして用いることができる。
【００１４】
また、受光素子が、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体と少なくとも一つの、長寿命励起状態を有する色素を含むタンパク質、有機色素または無機色素との複合体からなる光伝導体を用いたものであるときには、この光伝導体に光が入射したとき、タンパク質に含まれる色素あるいは有機色素または無機色素が光子を吸収して電子−正孔対が発生する。この電子−正孔対は電荷分離され、一方はタンパク質、有機色素または無機色素から出て導電性ポリマーおよび／または高分子半導体に注入され（光ドーピング）、他方はタンパク質、有機色素または無機色素の近傍に局在化する。例えば、電子−正孔対のうちの正孔が導電性ポリマーおよび／または高分子半導体に注入され、電子はタンパク質、有機色素または無機色素の近傍に局在化する。導電性ポリマーおよび／または高分子半導体が第１の電極と第２の電極との間に電気的に接続され、第１の電極と第２の電極との間にバイアス電圧が印加されると、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体中に注入された電子または正孔が導電性ポリマーおよび／または高分子半導体を伝導して第１の電極と第２の電極との間に光電流が流れる。導電性ポリマーおよび／または高分子半導体とタンパク質との複合体を用いる場合には、タンパク質を構成するポリペプチドが電子または正孔に対するバリアとなるため、一つのタンパク質に含まれる色素で発生した電子または正孔と他のタンパク質に含まれる色素で発生した正孔または電子と再結合して消滅するのが防止される。導電性ポリマーおよび／または高分子半導体とタンパク質、有機色素または無機色素との複合体からなる光伝導体に光が入射しないとき、光伝導体は絶縁体として振る舞う。
【発明の効果】
【００１５】
本開示によれば、マルチタッチセンシングや３次元ジェスチャー認識などを行うことができ、しかも薄型に構成することができる３次元インタラクティブディスプレイを実現することができる。特に、受光素子が、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体と少なくとも一つの、長寿命励起状態を有する色素を含むタンパク質との複合体からなる光伝導体を用いたものであるときには、光により励起されたキャリアが再結合により消滅するのを防止することができ、光電変換効率が高く、感度が高い受光素子を実現することができる。そして、この優れた受光素子を用いて透明受光層を形成することにより、優れた３次元インタラクティブディスプレイを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイを示す略線図である。
【図２】第１の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイの動作原理を説明するための略線図である。
【図３】第１の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイの動作原理を説明するための略線図である。
【図４】第１の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイの動作原理を説明するための略線図である。
【図５】第１の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイにおけるディスプレイパネルからの発光スペクトルおよび透明受光層の受光素子の吸収スペクトルの一例を示す略線図である。
【図６】第１の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイにおける透明受光層の受光素子に用いられる光伝導体を示す略線図である。
【図７】第１の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイにおける透明受光層の受光素子に用いられる光伝導体の構造例を示す略線図である。
【図８】第１の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイにおける透明受光層の受光素子に用いられる光伝導体の他の構造例を示す略線図である。
【図９】第１の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイにおける透明受光層の受光素子に用いられる光伝導体の製造方法の一例を説明するための略線図である。
【図１０】第１の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイにおける透明受光層の受光素子に用いられる光伝導体の製造方法の一例を説明するための略線図である。
【図１１】第１の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイにおける透明受光層の受光素子に用いられる光伝導体の他の例を示す略線図である。
【図１２】第１の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイにおける透明受光層の受光素子を示す略線図である。
【図１３】第１の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイにおける透明受光層の受光素子の具体的な構成例を示す断面図である。
【図１４】光電流発生実験に用いた受光素子を示す平面図である。
【図１５】図１４に示す受光素子のくし型電極部を拡大して示す平面図である。
【図１６】図１４に示す受光素子の光電流アクションスペクトルの測定結果および光電流のバイアス電圧依存性を示す略線図である。
【図１７】亜鉛プロトポルフィリンとポリアニリンとの複合体の光電流アクションスペクトルの測定結果を示す略線図である。
【図１８】亜鉛置換シトクロムｃとポリアニリンとの複合体の光電流アクションスペクトルの測定結果を示す略線図である。
【図１９】亜鉛プロトポルフィリンとポリアニリンとの複合体および亜鉛置換シトクロムｃとポリアニリンとの複合体の光電流およびオン／オフ比を比較して示す略線図である。
【図２０】亜鉛置換シトクロムｃとポリアニリンとの複合体の光電流アクションスペクトルの測定結果を示す略線図である。
【図２１】導電性ポリマーおよび／または高分子半導体に加えて他のポリマーを添加した光伝導体を用いた受光素子の光電流の測定結果を示す略線図である。
【図２２】透明受光層の受光素子アレイの第１の例を示す平面図である。
【図２３】第１の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイにおける透明受光層の受光素子の他の例を示す略線図である。
【図２４】第１の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイにおける透明受光層の受光素子アレイの第２の例を示す回路図および断面図である。
【図２５】第１の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイにおける透明受光層の受光素子アレイの第３の例を示す回路図である。
【図２６】第１の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイにおける透明受光層の受光素子アレイの第４の例を示す回路図である。
【図２７】第１の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイの応用例を示すブロック図である。
【図２８】図２７に示す３次元インタラクティブディスプレイのスタンバイモードおよびキャプチャーモードを示す略線図である。
【図２９】第２の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイを示す略線図である。
【図３０】第３の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイを示す略線図である。
【図３１】第３の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイにおけるスクリーンからの物体の高さに対する物体の空間的不確定性の依存性を示す略線図である。
【図３２】第３の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイにおけるスクリーンからの半球状の物体の離散化モデリングを示す略線図である。
【図３３】第３の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイにおいて光変調層として用いられる液晶パネルの液晶マスクを通して透明受光層の受光面上に投影された粗画像を示す略線図である。
【図３４】第３の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイにおいて光変調層として用いられる液晶パネルの液晶マスクを通して透明受光層の受光面上に照射された光が受光素子により受光されることにより得られた画像を示す略線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、発明を実施するための形態（以下「実施の形態」とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（３次元インタラクティブディスプレイ）
２．第２の実施の形態（３次元インタラクティブディスプレイ）
３．第３の実施の形態（３次元インタラクティブディスプレイ）
【００１８】
〈１．第１の実施の形態〉
［３次元インタラクティブディスプレイ］
図１は第１の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイを示す。
【００１９】
図１に示すように、この３次元インタラクティブディスプレイは、紫外光または赤外光を発生する光源１１、光変調層１２、透明受光層１３およびディスプレイパネル１４を有する。光変調層１２、透明受光層１３およびディスプレイパネル１４は、これらの順に、典型的には互いに平行に配置されている。光変調層１２と透明受光層１３との間は互いに所定距離離れている。透明受光層１３とディスプレイパネル１４とは、互いに直接接していてもよいし、互いに所定距離離れていてもよい。
【００２０】
光源１１は、この３次元インタラクティブディスプレイのスクリーンの前面、例えば光変調層１２の前面に接近する物体１５を検出するためにこの物体１５に紫外光または赤外光からなるプローブ光１６を照射するためのものである。この光源１１は、点光源であっても線光源であってもよく、ランプ、発光ダイオード、半導体レーザなどのいずれであってもよい。この光源１１は、光変調層１２の周辺部の少なくとも一箇所に設けられる。この光源１１は、光変調層１２の前面に接近する物体１５を正確に検出するためには、最も好適には、光変調層１２の前面の前方から見たときに前面の全面にプローブ光１６が照射されるように設けられる。プローブ光１６の強度は、このプローブ光１６を物体１５に照射したときの散乱光１７が、光変調層１２を透過して透明受光層１３に入射して検出することができる限り、基本的には任意であるが、好適には、可能な限り低く選ばれる。
【００２１】
光変調層１２には、スクリーンから離れた位置にある物体１５に紫外光または赤外光のプローブ１６が照射されたときに発生する散乱光１７が入射するようになっている。この光変調層１２は、光強度の空間変調のための一方向または双方向のマスクとして働く。言い換えると、この光変調層１２は、この光変調層１２に入射した散乱光１７およびディスプレイパネル１４からの光の空間フィルターである。この光変調層１２は、光の透過／非透過を電気信号により個別に制御することができるセル１２ａが２次元アレイ状に配置されたものである。この光変調層１２としては、好適には、複数の液晶セルが２次元アレイ状に配置された液晶パネルが用いられる。液晶セルは、偏光軸が互いに直角に配置された一対の偏光フィルタの間に液晶が挟まれた構造を有する。光変調層１２が液晶パネルである場合には、３次元インタラクティブディスプレイのスクリーンの前面の物体１５からの散乱光１７あるいはディスプレイパネル１４からの光がこの光変調層１２に入射すると、一方の偏光フィルタにより直線偏光の偏光となる。この偏光が液晶を通過すると、この一方の偏光フィルタに対して偏光軸が互いに直交する他方の偏光フィルタによりその透過が妨げられる。各液晶セルに電界を印加することにより、各液晶セル内の液晶分子を特定の方向に配列させることができ、それによって入射光の偏光面を回転させることができる。このため、各液晶セルの透過率を強度変調のために制御することができる。
【００２２】
透明受光層１３は、透明基板１３ａ上に受光素子Ｄ（画素）が２次元アレイ状に配置されたものであり、この２次元アレイ状の受光素子Ｄが形成された面が受光面となる。この透明受光層１３は、この３次元インタラクティブディスプレイのスクリーン面の前方の物体１５に光源１１から紫外光または赤外光からなるプローブ光１６が照射されたときに発生する紫外光または赤外光からなる散乱光１７を検出するためのものである。散乱光１７は光変調層１２により透過を制御することができるため、互いに異なる角度方向からの物体１５の像を受光面に結像させることができる。この場合、受光素子Ｄの吸収スペクトルは、好適には、ディスプレイパネル１４の発光スペクトルと重ならないか、重なっているとしても重なりが最小となるようにする。すなわち、受光素子Ｄの吸収スペクトルは紫外光または赤外光の波長帯に吸収帯が存在するのに対し、ディスプレイパネル１４の発光スペクトルは可視光の波長帯に発光ピークを有する。このため、受光素子Ｄ、したがって透明受光層１３の受光面に結像する像とディスプレイパネル１４に表示される像との間の干渉を防止することができる。受光素子Ｄについては後に詳述する。
【００２３】
ディスプレイパネル１４は、基板１４ａ上に画素Ｐが２次元アレイ状に配置されたものである。このディスプレイパネル１４は、電気信号により画素Ｐを制御して所望の画像を表示するためのものである。このディスプレイパネル１４としては、例えば、ＯＬＥＤディスプレイパネル、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルなどを用いることができるが、これに限定されるものではない。液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルを用いる場合には、その背面にバックライトが設けられる。一例としてこのディスプレイパネル１４が液晶パネルである場合を考える。この場合、光変調層１２、例えば液晶パネルは、単に、物体１５からの散乱光１７の透過を制御するマスクとしての機能を有する一方向の光変調体として働く。光変調層１２のセル１２ａの大きさおよび位置は、ディスプレイパネル１４の画素Ｐの大きさおよび位置と同一であっても同一でなくてもよい。これは、光変調層１２は物体１５からの散乱光１７を用いて物体１５の像を結像するためのものであるのに対し、ディスプレイパネル１４は単に画像の表示のためのものであるからである。したがって、例えば、ディスプレイパネル１４は高解像度に保持しながら、光変調層１２および透明受光層１３は低解像度とすることができる。
【００２４】
［３次元インタラクティブディスプレイの動作］
光変調層１２および透明受光層１３は一体として、レンズレスカメラと考えることができる。スクリーンの前方の物体１５からの散乱光１７は光変調層１２により空間的に光変調され、透明受光層１３により受光されて受光面に結像される。一例を図２Ａに示す。
【００２５】
図２Ａに示すように、最も簡単なレンズレスカメラはピンホールカメラである。光変調層１２のセル１２ａの透過率を制御することによって、ピンホールアレイ、言い換えると、ピンホールカメラアレイを形成することができる。ピンホールマスクの一例の上面図を図２Ｂに示す。図２Ｂに示すように、一つのセル１２ａだけが透明（白色の部分）となっており、他のセル１２ａは不透明（黒色の部分）となっている。ピンホールカメラアレイは、この３次元インタラクティブディスプレイの前面の互いに異なる角度方向からの像を得ることができ、したがって物体１５の３次元的輪郭を再生することができる。さらに、物体１５（例えば、指や手のひらなど）の３次元的ジェスチャーをパターン認識アルゴリズムにより得ることができる。
【００２６】
一方、マスクとしてピンホールを用いることによる欠点は、光変調層１２がほとんど不透明になり、このため、ディスプレイパネル１４からの光のほとんどを遮ってしまうことである。これに関しては、改良されたピンホールカメラ、すなわちいわゆるシールドフィールド法が、画像表示のために比較的大きな透明領域を得ながら、画像を得るのに有効であることが分かっている。マスクパターンの一例は、図３Ａに示すように、１９７８年に提案された改良された一様冗長アレイ（Modified Uniformly Redundant Arrays,ＭＵＲＡ）である（非特許文献４参照。）。コード化されたマスクの上面図の一例を図３Ｂに示す。図３Ｂに示すように、透明（白色の部分）なセル１２ａと不透明（黒色の部分）なセル１２ａとが複雑なパターンを形成している。
【００２７】
パターン化されたマスクはディスプレイパネル１４からの光に対する開口率を極めて大きく増加させることができるが、マスクされた領域は依然として暗くなる。したがって、この場合は、好適には、マスクのダイナミック変調が行われる。パターン化されたマスクのダイナミック変調の例を図４に示す。図４に示すように、透明な領域と不透明な領域とが互いに反転した二つのマスクパターン１およびマスクパターン２間を周期的に切り替えることにより特定のパターンの暗い領域におけるシャドー効果を避けることができる。
【００２８】
次に、３次元インタラクティブディスプレイの省エネモードについて説明する。
３次元インタラクティブディスプレイの輝度の向上および節電のために、光変調層１２の全てのセル１２ａが透明に保持されているスタンバイモードを導入することができる。スタンバイモードにおいては、光変調層１２の全体が透明に保持される。３次元インタラクティブディスプレイのスクリーンに物体１５が接近すると、光源１１からの紫外光または赤外光のプローブ光１６が物体１５で散乱されることにより発生する紫外光または赤外光の散乱光１７が光変調層１２を通って透明受光層１３により検出され、それによって３次元インタラクティブディスプレイは直ちに図４に示すセンシングモードに切り替わる。このスタンバイモードは、取り分け、携帯電話などの携帯デバイスにおいて信号処理の負担の軽減および節電のために用いるのに適している。また、このスタンバイモードにおいてはより高輝度が得られるため、この３次元インタラクティブディスプレイは、映像を見るのに適している。
【００２９】
次に、透明受光層１３の詳細について説明する。
既に述べたように、ディスプレイパネル１４からの可視光との干渉を防止するために、透明受光層１３の受光素子Ｄの吸収スペクトルは、ディスプレイパネル１４からの発光スペクトルと重ならないか、重なったとしても重なりが最小となるようにすることが望ましい。ディスプレイパネル１４からの発光スペクトルおよび受光素子Ｄの吸収スペクトルの一例を図５に示す。
【００３０】
［受光素子Ｄの構成］
受光素子Ｄは、紫外光または赤外光を検出することができるものである限り、基本的にはどのようなものであってもよいが、ここでは、本発明者らが開発した新規な光伝導体を用いた受光素子について説明する。
【００３１】
［光伝導体］
図６はこの光伝導体の第１の例を示す。
図６に示すように、この光伝導体は、ネットワーク状の導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１と、一つまたは複数のタンパク質２２との複合体からなる。タンパク質２２は、長寿命励起状態を有し、発光中心となる色素２２ａがポリペプチド２２ｂに包被され、所定の位置に配向したものである。典型的には、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１とタンパク質２２とは、非共有結合または共有結合により互いに結合している。非共有結合は、例えば、静電相互作用、ファンデルワールス相互作用、水素結合相互作用、電荷移動相互作用などである。導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１とタンパク質２２とは、リンカー（図示せず）により互いに結合してもよい。この光伝導体の全体形状は特に限定されず、必要に応じて選ばれるが、例えば膜状あるいは板状である。また、この光伝導体の表面形状は任意であり、例えば凹面、凸面、凹凸面などのいずれであってよい。さらに、この光伝導体の平面形状は特に限定されず、必要に応じて選ばれるが、例えば、多角形（三角形、四角形、五角形、六角形など）、円形、楕円形などである。
【００３２】
導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１とタンパク質２２との混合比（質量比または重量比）は特に限定されず、光伝導体に持たせる光伝導度などに応じて適宜選ばれるが、一般的には導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１に対してタンパク質２２を多く含ませることにより光伝導度が高くなる。
【００３３】
導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１は、ｐ型であってもｎ型であってもよい。導電性ポリマーは、大きく分けて炭化水素系導電性ポリマーとヘテロ原子含有系導電性ポリマーとがある。炭化水素系導電性ポリマーとしては、例えば、ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアセン、ポリフェニルアセチレン、ポリジアセチレン、ポリナフタレンなどが挙げられる。ヘテロ原子含有系導電性ポリマーとしては、例えば、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリチエニレンビニレン、ポリアズレン、ポリイソチアナフテンなどが挙げられる。
【００３４】
色素２２ａがポリペプチド２２ｂに包被されたタンパク質２２としては、以下の各種のタンパク質に蛍光性を持たせたり、蛍光性を持つ化合物で修飾したりしたものを用いることができる。以下のタンパク質の誘導体（骨格のアミノ酸残基が化学修飾されたもの）またはその変異体（骨格のアミノ酸残基の一部が他のアミノ酸残基に置換されたもの）を用いることもできる。
【００３５】
（１）シトクロムｃ類（電子伝達タンパク質）
シトクロムｃ、シトクロムｃ1 、シトクロムｃ2 、シトクロムｃ3 、シトクロムｃ4 、シトクロムｃ5 、シトクロムｃ6 、シトクロムｃ7 、シトクロムｃ8 、シトクロムｃ’、シトクロムｃ’’、シトクロムｃＬ、シトクロムｃＭ、シトクロムｃＳ、シトクロムｃ544 、シトクロムｃ545 、シトクロムｃ546 、シトクロムｃ547 、シトクロムｃ548 、シトクロムｃ549 、シトクロムｃ550 、シトクロムｃ551 、シトクロムｃ551.5 、シトクロムｃ552 、シトクロムｃ553 、シトクロムｃ554 、シトクロムｃ555 、シトクロムｃ556 、シトクロムｃ557 、シトクロムｃ558 、シトクロムｃ559 、シトクロムｃ560 、シトクロムｃ561 、シトクロムｃ562 、シトクロムｃ563 など。
【００３６】
（２）シトクロムｂ類（電子伝達タンパク質）
シトクロムｂ、シトクロムｂ1 、シトクロムｂ2 、シトクロムｂ3 、シトクロムｂ4 、シトクロムｂ5 、シトクロムｂ6 、シトクロムｂ7 、シトクロムｂ8 、シトクロムｂ9 、シトクロムｂ550 、シトクロムｂ551 、シトクロムｂ552 、シトクロムｂ553 、シトクロムｂ554 、シトクロムｂ555 、シトクロムｂ556 、シトクロムｂ557 、シトクロムｂ558 、シトクロムｂ559 、シトクロムｂ560 、シトクロムｂ561 、シトクロムｂ562 、シトクロムｂ563 、シトクロムｂ564 、シトクロムｂ565 、シトクロムｂ566 、シトクロムｂ567 、シトクロムｂ568 、シトクロムｂ569 、シトクロムＰ４５０など。
【００３７】
（３）シトクロムａ類（電子伝達タンパク質）
シトクロムａ、シトクロムａ１、シトクロムａ２、シトクロムａ３、シトクロムｏ、シトクロムｏ3 など。
【００３８】
（４）その他の電子伝達タンパク質
フェレドキシン、ルブレドキシン、プラストシアニン、アズリン、シュードアズリン、ステラシアニン、チオレドキシンなど。
【００３９】
（５）下記の補酵素を含むタンパク質
ヌクレオチド系：ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（ＮＡＤＨ）、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸（ＮＡＤＰＨ）、フラビンアデニンヌクレオチド（ＦＡＤＨ）、フラビンモノヌクレオチド（ＦＭＮ）など。
キノン系：ユビキノン、プラストキノン、メナキノン、カルダリエキノン、補酵素Ｆ４２０、ロドキノンなど。
ポルフィリン系：ヘム、クロロフィル、フェオフィチン、クロリンなど。
【００４０】
（６）グロビン類
ミオグロビン、ヘモグロビン、ニューログロビン、サイトグロビンなど。
【００４１】
（７）蛍光タンパク質およびその変異種
緑色蛍光タンパク質（ＧＦＰ）、ＤｓＲｅｄ、クサビラオレンジ、ＴａｇＢＦＰ（Ｅｖｒｏｇｅｎ社）、クロンテック社製フルーツ蛍光タンパク質（http://catalog.takara-bio.co.jp/clontech/product/basic＿info.asp?unitid=U100005040）、ＭＢＬ社製CoralHueシリーズ（https://ruo.mbl.co.jp/product/flprotein/）など。
【００４２】
蛍光性を持つ化合物としては、例えば、以下の蛍光色素が挙げられる。
・４−アセトアミド−４’−イソチオシアナトスチルベン−２，２’ジスルホン酸
・アクリジン、アクリジンオレンジ、アクリジンイエロー、アクリジンレッド、アクリジンイソチオシアネートなどのアクリジンおよび誘導体
・５−（２’−アミノエチル）アミノナフタレン−ｌ−スルホン酸（ＥＤＡＮＳ）
・４−アミノ−Ｎ−［３−（ビニルスルホニル）フェニル］ナフタルイミド−３，５ジスルホン酸（ルシファーイエローＶＳ）
・Ｎ−（４−アニリノ−ｌ−ナフチル）マレイミド
・アントラニルアミド
・ブリリアントイエロー
・クマリン、７−アミノ−４−メチルクマリン（ＡＭＣ、クマリン１２０）、７−アミノ−４−トリフルオロメチルクルアリン（７−ａｍｉｎｏ−４−ｔｒｉｆｌｕｏｒｏｍｅｔｈｙｌｃｏｕｌｕａｒｉｎ）（クマラン１５１（ｃｏｕｍａｒａｎ１５１））などのクマリンおよび誘導体
・シアノシン、Ｃｙ３、Ｃｙ５、Ｃｙ５．５およびＣｙ７などのシアニンおよび誘導体
・４’，６−ジアミジノ−２−フェニリンドール（ＤＡＰＩ）
・５’，５”−ジブロモピロガロール−スルホンフタレイン（ブロモピロガロールレッド）
・７−ジエチルアミノ−３−（４’−イソチオシアナトフェニル）−４−メチルクマリン
・ジエチルアミノクマリン
・ジエチレントリアミンペンタアセテート
・４，４’−ジイソチオシアナトジヒドロスチルベン−２，２’ジスルホン酸
・４，４’−ジイソチオシアナトスチルベン−２，２’ジスルホン酸
・５−［ジメチルアミノ］ナフタレン−ｌ−スルホニルクロライド（ＤＮＳ、塩化ダンシル）
・４−（４’−ジメチルアミノフェニルアゾ）安息香酸（ＤＡＢＣＹＬ）
・４−ジメチルアミノフェニルアゾフェニル−４’−イソチオシアネート（ＤＡＢＩＴＣ）
・エオシン、エオシンイソチオシアネートなどのエオシンおよび誘導体
・エリトロシンＢ、エリトロシンイソチオシアネートなどのエリトロシンおよび誘導体
・エチジウム；５−カルボキシフルオレセイン（ＦＡＭ）、５−（４，６−ジクロロトリアジン−２−イル）アミノフルオレセイン（ＤＴＡＦ）、２’７’−ジメトキシ−４’５’−ジクロロ−６−カルボキシフルオレセイン（ＪＯＥ）、フルオレセインイソチオシアネート（ＦＩＴＣ）、フルオレセインクロロトリアジニル、ナフトフルオレセイン、ＱＦＩＴＣ（ＸＲＩＴＣ）などのフルオレセインおよび誘導体
・フルオレサミン
・ＩＲ１４４
・ＩＲ１４４６
・緑色蛍光タンパク質（ＧＦＰ）
・サンゴ礁由来蛍光タンパク質（ＲＣＦＰ）
・リサミン（商標）
・リサミンローダミン、ルシファーイエロー
・マラカイトグリーンイソチオシアネート
・４−メチルウンベリフェロン
・オルトクレゾールフタレイン
・ニトロチロシン
・パラローズアニリン
・ナイルレッド
・オレゴングリーン
・フェノールレッド
・Ｂ−フィコエリトリン
・ｏ−フタルジアルデヒド
・ピレン、ピレン酪酸、１−ピレン酪酸スクシンイミジルなどのピレンおよび誘導体
・リアクティブレッド４（シバクロン（商標）ブリリアントレッド３Ｂ−Ａ）
・６−カルボキシ−Ｘ−ローダミン（ＲＯＸ）、６−カルボキシローダミン（Ｒ６Ｇ）、４，７−ジクロロローダミンリサミン、塩化ローダミン−Ｂ−スルホニル、ローダミン（Ｒｈｏｄ）、ローダミンＢ、ローダミン１２３、ローダミンＸイソチオシアネート、スルホロダミンＢ、スルホロダミン１０１、スルホロダミン１０１の塩化スルホニル誘導体（テクサスレッド）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−６−カルボキシローダミン（ＴＡＭＲＡ）、テトラメチルローダミン、イソチオシアン酸テトラメチルローダミン（ＴＲＩＴＣ）などのローダミンおよび誘導体
・リボフラビン
・ロゾール酸およびテルビウムキレート誘導体
・キサンテン
・上記の組合せ
上記以外に、当業者に知られている他の蛍光色素、例えばＭｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｒｏｂｅｓ社（米国オレゴン州ユージン（Ｅｕｇｅｎｅ））およびＥｘｃｉｔｏｒｓ社（米国オハイオ州デイトン（Ｄａｙｔｏｎ））から購入可能なもの、またはそれらの組み合わせも使用してよい。
【００４３】
この光伝導体は、この光伝導体を機械的に支持するためなどの目的により、必要に応じて基板上に形成される。基板としては従来公知のものを用いることができ、必要に応じて選ばれ、透明基板であっても不透明基板であってもよい。透明基板の材料は必要に応じて選ばれるが、例えば、石英やガラスなどの透明無機材料や透明プラスチックなどが挙げられる。フレキシブルな透明基板としては透明プラスチック基板が用いられる。透明プラスチックとしては、例えば、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンナフタラート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフッ化ビニリデン、アセチルセルロース、ブロム化フェノキシ、アラミド類、ポリイミド類、ポリスチレン類、ポリアリレート類、ポリスルホン類、ポリオレフィン類などが挙げられる。不透明基板としては例えばシリコン基板が用いられる。
【００４４】
図７に、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１とタンパク質２２とが非共有結合により互いに結合している様子の一例を模式的に示す。また、図８に、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１とタンパク質２２とがリンカー２３により互いに結合している様子の一例を模式的に示す。
【００４５】
リンカー２３としては従来公知のものを用いることができ、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１とタンパク質２２とに応じて適宜選ばれるが、具体的には、例えば、次のようなものを用いることができる。
【００４６】
（１）導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１とタンパク質２２とをアミン−アミン結合で結合するもの
・グルタルアルデヒド（反応基はアルデヒド基）
【化１】
・ＤＳＧ（反応基はＮＨＳエステル、分子量３２６．２６、スペーサアーム長７．７Å）
【化２】
・ＢＳ（ＰＥＧ）5 （反応基はＮＨＳエステル、ＰＥＧスペーサ、分子量５３２．５０）
【化３】
・ＢＳ（ＰＥＧ）9 （反応基はＮＨＳエステル、ＰＥＧスペーサ、分子量７０８．７１）
【化４】
・ＤＳＰ（反応基はＮＨＳエステル、チオール開裂可、分子量４０４．４２、スペーサアーム長１２．０Å）
【化５】
・ＤＳＴ（反応基はＮＨＳエステル、ｍｉｓｃ開裂可、分子量３４４．２４、スペーサアーム長６．４Å）
【化６】
・ＤＭＡ（反応基はイミドエステル、分子量２４５．１５、スペーサアーム長８．６Å）
【化７】
・ＤＴＢＰ（反応基はイミドエステル、チオール開裂可、分子量３０９．２８、スペーサアーム長１１．９Å）
【化８】
・ＨＢＶＳ（vinylsulfone）（分子量２６６．３８、スペーサアーム長１４．７Å）
【化９】
【００４７】
（２）導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１とタンパク質２２とをアミン−メルカプト（あるいはスルフヒドリル）結合で結合するもの
・ＢＭＰＳ（反応基はＮＨＳエステル／マレイミド、分子量２６６．２１、スペーサアーム長５．９Å）
【化１０】
・ＳＭ（ＰＥＧ）n （反応基はＮＨＳエステル／マレイミド、ＰＥＧスペーサ）
【化１１】
・ＳＭ（ＰＥＧ）2 （反応基はＮＨＳエステル／マレイミド、ＰＥＧスペーサ、ｎ＝２、４、６、８、１２、２４）
【化１２】
・ＳＭＰＴ（反応基はＮＨＳエステル／ピリジルジチオール、開裂可、分子量３８８．４６、スペーサアーム長２０．０Å）
【化１３】
・ＳＩＡ（反応基はＮＨＳエステル／ハロアセチル、分子量２８３．０２、スペーサアーム長１．５Å）
【化１４】
【００４８】
（３）導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１とタンパク質２２とをアミン−カルボキシ結合で結合するもの
・ＥＤＣ（反応基はカルボジイミド、分子量１９１．７０）
【化１５】
【００４９】
（４）導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１とタンパク質２２とをメルカプト（あるいはスルフヒドリル）−カルボハイドレート結合で結合するもの
・ＢＭＰＨ（反応基はマレイミド／ハイドラザイド、分子量２９７．１９、スペーサアーム長８．１Å）
【化１６】
【００５０】
（５）ポリマーネットワーク２１とタンパク質２２とをヒドロオキシル−メルカプト（あるいはスルフヒドリル）結合で結合するもの
・ＰＭＰＩ（反応基はイソシアネート／マレイミド、分子量２１４．１８、スペーサアーム長８．７Å）
【化１７】
【００５１】
この光伝導体には、光伝導体全体の機械的強度の向上を図るために、必要に応じて、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１に加えて、機械的強度に優れた一種または二種以上の他のポリマーを混合してもよい。こうすることで、光伝導体の機械的強度の向上を図るために、この光伝導体を機械的支持用の基板上に形成する必要がなくなる。あるいは、この光伝導体には、この光伝導体を形成するときに用いる溶液または懸濁液の粘度を調整するために、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１に加えて、粘度調整用の一種または二種以上の他のポリマーが混合されることもある。この粘度調整用のポリマーは、この光伝導体全体の吸収波長の光に対して透明であること、光伝導体形成用の溶液または懸濁液にこの粘度調整用のポリマーを加えることにより粘度が増加すること、絶縁性で安定であることなどが必要である。あるいは、この光伝導体には、この光伝導体の耐酸化性や耐湿性の向上を図るために、耐酸化性や耐湿性に優れた一種または二種以上の他のポリマーを混合してもよい。これらの目的で用いられる他のポリマーとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ−４−ビニルフェノール（poly-4-vinyl phenol,ＰＶＰ）などを用いることができるが、これに限定されるものではない。
【００５２】
［光伝導体の製造方法］
この光伝導体の製造方法について説明する。
図７に示す光伝導体を製造するためには、まず、溶媒に導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１およびタンパク質２２を溶かして混合する。溶媒としては水や有機溶媒などを用いることができ、必要に応じて選ばれる。こうして得られた溶液を基板上に塗布する。塗布方法としては、ディップコーティング、スピンコーティング、バーコーティング、インクジェット印刷などを挙げることができ、必要に応じて選ばれる。基板の表面形状は問わず、平面、曲面などのいずれであってもよい。次に、基板から溶媒を蒸発させる。こうして、基板上に光伝導体が形成される。
【００５３】
図８に示す光伝導体を製造するためには、まず、溶媒に導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１とタンパク質２２とを溶かして混合する。導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１に加えて他のポリマーも用いる場合には、溶媒にこの他のポリマーも混合する。溶媒としては水や有機溶媒などを用いることができ、必要に応じて選ばれる。次に、こうして得られた溶液にリンカー２３を添加し、このリンカー２３により導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１とタンパク質２２とを共有結合により結合させて析出させる。この後、未反応のリンカー２３とリンカー２３により結合していない導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１ならびにタンパク質２２とを除去する。こうして、基板上に光伝導体が形成される。
【００５４】
図７に示す光伝導体は次のようにして製造することもできる。この製造方法では、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１を電気化学的重合法（電解重合法）により形成する。すなわち、まず、図９に示すように、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１を形成するためのモノマー２１ａおよび色素２２ａを溶媒に溶かして混合する。こうして得られた溶液に電極２４（作用電極）を浸漬して電位掃引を行うことにより、電極２４の表面に複数のモノマー２１ａが重合した導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１を形成するとともに、色素２２ａを導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１に結合させる。次に、図１０に示すように、こうして得られたポリマー溶液に、アポタンパク質（ポリペプチド）２５を混合する。そして、このポリマー溶液の状態（ｐＨ、温度など）を調節することにより、アポタンパク質２５が再度フォールディング（refold）して色素２２ａを包被する。こうして、ポリペプチド２１ａにより色素２２ａが包被されたタンパク質２２が形成される。その後、溶媒および未反応のモノマー２１ａを除去することにより、電極２４上に光伝導体が形成される。
【００５５】
図１１はこの光伝導体の第２の例を示す。
図１１に示すように、この光伝導体は、基板２６上に多層積層されたタンパク質２２とネットワーク状の導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１との複合体からなる。図１１においては、タンパク質２２が三層積層された例が示されているが、これに限定されるものではなく、タンパク質２２の積層数は必要に応じて選ばれる。基板２６は、必要に応じて選ばれる。
【００５６】
導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１、タンパク質２２および基板２６の一例を挙げると、次の通りである。導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１はｐ型のポリアニリンスルホン酸（ＰＡＳＡ）
【化１８】
やポリ［２−メトキシ−５−（２’−エチル−ヘキシルオキシ）−１，４−フェニレン
ビニレン］（poly［2-methoxy-5-(2’-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylene vinylene ］，ＭＥＨ−ＰＰＶ）
【化１９】
やポリ（３−ヘキシルチオフェン）（poly(3-hexylthiophene)，Ｐ３ＨＴ）
【化２０】
などである。なお、ｎ型の導電性ポリマーおよび／または高分子半導体としては、例えば、Poly(p-pyridyl vinylene)Poly(isothianaphthene)を用いることができる。タンパク質２２の一例を挙げると亜鉛置換シトクロムｃである。基板２６の一例を挙げるとインジウム−スズ複合酸化物（ＩＴＯ）基板である。
【００５７】
［光伝導体の製造方法］
この光伝導体の製造方法について説明する。
導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１を溶媒に溶かしたポリマー溶液およびタンパク質２２を溶媒に溶かしたタンパク質溶液（例えば、ｐＨ５．０）をそれぞれ調製する。溶媒としては水や有機溶媒などを用いることができ、必要に応じて選ばれる。
【００５８】
まず、基板２６をタンパク質溶液に浸漬したり、基板２６上にタンパク質溶液を塗布したりした後、溶媒を除去して一層目のタンパク質２２を形成する。次に、こうして一層目のタンパク質２２が形成された基板２６をポリマー溶液に浸漬したり、基板２６上にポリマー溶液を塗布したりする。このとき、一層目のタンパク質２２の表面の電荷とこの電荷と逆極性の電荷を有する部分の導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１との間に静電引力が働き、この静電引力によりタンパク質２２と導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１とが結合する。
【００５９】
次に、溶媒を除去した後、一層目のタンパク質２２および導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１が形成された基板２６を再びタンパク質溶液に浸漬したり、基板２６上にタンパク質溶液を塗布したりする。このとき、基板２６上に形成された導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１の表面の電荷とこの電荷と逆極性を有する部分のタンパク質２２との間に静電引力が働き、この静電引力により導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１とその上のタンパク質２２とが結合する。次に、溶媒を除去した後、同様にして再び導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１を形成する。このプロセスを必要な回数繰り返し行って、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１ならびにタンパク質２２を必要な層数だけ積層する。
【００６０】
図１２は新規な光伝導体を用いた受光素子Ｄを示す。
図１２に示すように、この受光素子Ｄにおいては、光伝導体２７のネットワーク状の導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１が、互いに異なる部位でそれぞれ第１の電極２８および第２の電極２９と電気的に接続されている。例えば、光伝導体２７が第１の電極２８および第２の電極２９の両方に跨がるようにして形成され、この光伝導体２７が第１の電極２８および第２の電極２９と接触する部分で導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１が第１の電極２８および第２の電極２９と電気的に接続される。第１の電極２８と第２の電極２９との間の距離は特に限定されず、必要に応じて選ばれるが、例えば、１μｍ以上３０μｍ以下、典型的には５μｍ以上２０μｍ以下、例えば１０μｍである。第１の電極２８および第２の電極２９の材料としては従来公知の導電材料を用いることができ、必要に応じて選ばれるが、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）および白金（Ｐｔ）からなる群より選ばれた少なくとも一種の金属からなる純金属または合金を用いることができる。第１の電極２８および第２の電極２９を透明に構成する場合、透明電極材料としては、例えば、ＩＴＯ（インジウム−スズ複合酸化物）、ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化スズ）、ネサガラス（ＳｎＯ2 ガラス）などの透明金属酸化物のほか、光の透過が可能な極薄い金属膜、例えばＡｕ膜などを用いることができる。第１の電極２８および第２の電極２９を透明に構成し、以下のように基板を用いる場合にはその基板も透明に構成することにより、透明受光素子を得ることができる。
【００６１】
この受光素子Ｄは、この受光素子Ｄを機械的に支持するためなどの目的により、必要に応じて基板上に形成される。具体的には、基板上に光伝導体２７、第１の電極２８および第２の電極２９が形成される。基板としては従来公知のものを用いることができ、必要に応じて選ばれ、透明基板であっても不透明基板であってもよい。透明基板の材料は必要に応じて選ばれるが、例えば、石英やガラスなどの透明無機材料や透明プラスチックなどが挙げられる。フレキシブルな透明基板としては透明プラスチック基板が用いられる。透明プラスチックとしては、例えば、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンナフタラート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフッ化ビニリデン、アセチルセルロース、ブロム化フェノキシ、アラミド類、ポリイミド類、ポリスチレン類、ポリアリレート類、ポリスルホン類、ポリオレフィン類などが挙げられる。不透明基板としては例えばシリコン基板が用いられる。
【００６２】
図１３に受光素子Ｄの具体的な構成例を示す。図１３に示すように、この受光素子Ｄにおいては、基板２６上に第１の電極２８および第２の電極２９が互いに離れて形成され、これらの第１の電極２８および第２の電極２９の両方に跨がって光伝導体２７が形成されている。
【００６３】
［受光素子Ｄの製造方法］
この受光素子Ｄの製造方法について説明する。
まず、基板２６上に第１の電極２８および第２の電極２９を形成する。第１の電極２８および第２の電極２９を形成するためには、例えば、基板２６上に導電材料からなる膜を形成した後、この膜をリソグラフィーおよびエッチングによりパターニングする。
【００６４】
次に、こうして第１の電極および第２の電極が形成された基板２６上に上記と同様にして光伝導体２７を形成する。
以上により、目的とする受光素子Ｄが製造される。
【００６５】
［受光素子Ｄの動作］
図１３を参照してこの受光素子Ｄの動作を説明する。
この受光素子Ｄにおいては、光が照射されていないとき（暗状態）には、光伝導体２７を構成する導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１ならびにタンパク質２２ともに絶縁体であり、したがって光伝導体２７は絶縁体である。
【００６６】
一方、この受光素子Ｄの光伝導体２７に、タンパク質２２の色素２２ａの励起に必要な光子エネルギーを有する光が照射されると、色素２２ａが励起されて電子−正孔対（励起子）が発生する。こうして発生した電子−正孔対のうちの電子または正孔は色素２２ａから、タンパク質２２に形成された経路を通って導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１に注入される（光ドーピング）。こうして電子または正孔が注入されると、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１の電気伝導度は急激に増加し、ひいては光伝導体２７の電気伝導度が急激に増加する。このとき、第１の電極２８と第２の電極２９との間にバイアス電圧が印加されていると、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１に注入された正孔または電子は、第１の電極２８および第２の電極２９のうちの電位が低い方または高い方に移動し、第１の電極２８と第２の電極２９との間に光電流が流れる。例えば、第１の電極２８と第２の電極２９との間に第１の電極２８の方が電位が高くなるようにバイアス電圧が印加されている場合には、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１に注入された正孔は第２の電極２９に移動し、第１の電極２８から第２の電極２９に光電流が流れる。光電流は光伝導体２７に照射される光の強度が高いほど多くなる。第１の電極２８と第２の電極２９との間にバイアス電圧が印加されていないとき（バイアス電圧＝０）には、光伝導体２７に光が照射されても、第１の電極２８と第２の電極２９との間に光電流は流れない。第１の電極２８と第２の電極２９との間に流れる光電流の向きは、第１の電極２８と第２の電極２９との間に印加するバイアス電圧の極性により制御することができる。また、光伝導体２７に入射する光の強度を一定とすると、第１の電極２８と第２の電極２９との間に流れる光電流は、入射光の波長および第１の電極２８と第２の電極２９との間に印加するバイアス電圧によって制御することができる。
【００６７】
この場合、タンパク質２２同士はその外殻のポリペプチド２２ａにより互いに絶縁されているため、タンパク質２２間で電子と正孔とが再結合して消滅してしまうのを防止することができる。このため、光伝導体２７に入射した光により色素２２ａで発生する電子−正孔対の光電流に対する寄与度の大幅な向上を図ることができる。加えて、光伝導体２７に光が照射されていない暗状態で第１の電極２８と第２の電極２９との間に流れるリーク電流（暗電流）の大幅な低減を図ることができる。
【００６８】
［受光素子Ｄの光電流発生実験］
受光素子Ｄを作製し、光電流発生実験を行った。
受光素子Ｄは次のようにして作製した。
【００６９】
図１４に示すように、大きさが１５ｍｍ×２５ｍｍで厚さが１ｍｍのガラス基板３０上に所定形状の一対のＩＴＯ電極３１、３２を形成した。これらのＩＴＯ電極３１、３２は第１の電極２８および第２の電極２９に対応する。ＩＴＯ電極３１、３２の各部の寸法は図１４に示す通りである。ＩＴＯ電極３１、３２の厚さは１００ｎｍである。図１５に示すように、これらのＩＴＯ電極３１、３２のそれぞれの先端部はくし型電極部３１ａ、３２ａを有し、これらのくし型電極部３１ａ、３２ａが互いに噛み合って、所定の距離離れて互いに対向している。このくし型電極部３１ａ、３２ａにおける電極ピッチは２０μｍ、電極間距離は１０μｍである。くし型電極部３１ａ、３２ａの全体の面積は４ｍｍ×４ｍｍ＝１６ｍｍ2 である。
【００７０】
ウマ心筋シトクロムｃの中心金属の鉄を亜鉛で置換した亜鉛置換シトクロムｃを調製した。この亜鉛置換シトクロムｃを水に溶かして０．７３ｍＭのタンパク質溶液を調製した。また、ポリアニリンスルホン酸（ＰＡＳＡ）を水に溶かして５．１ｍｇ／ｍＬのＰＡＳＡ溶液を調製した。
【００７１】
こうして調製したＰＡＳＡ溶液を水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）で中和してＰＡＳＡナトリウム塩溶液を得た。ＰＡＳＡナトリウム塩は下記の式で表される。
【化２１】
次に、こうして調製されたＰＡＳＡナトリウム塩溶液を上記のタンパク質溶液に添加してタンパク質−ポリマー水溶液を調製した。このタンパク質−ポリマー水溶液における亜鉛置換シトクロムｃとＰＡＳＡナトリウム塩との重量比は１０：１である。このタンパク質−ポリマー水溶液の亜鉛置換シトクロムｃの濃度は約０．６ｍＭであった。次に、こうして調製したタンパク質−ポリマー水溶液をディッピング法により、くし型電極部３１ａ、３２ａ上に塗布した。ディッピング後、ＩＴＯ電極３１、３２を真空中に約３時間保持することにより水を除去した。その後、ＩＴＯ電極３１、３２を試験前に一晩乾燥容器中に保管した。
【００７２】
この受光素子を用いて室温で波長３８０〜６００ｎｍの光電流アクションスペクトルを測定した。ＩＴＯ電極３１、３２間に印加する電圧は−１０００ｍＶから＋１０００ｍＶ間で２５０Ｖずつ変化させた。得られた光電流アクションスペクトルを図１６Ａに示す。光電流アクションスペクトルの極大は、亜鉛置換シトクロムｃの溶液吸収スペクトルと同様、４０８、５４０、５７８ｎｍに見られ、これは、電気伝導度の変化は亜鉛置換シトクロムｃに由来することを示す。波長４０８ｎｍは可視光の波長帯の紫外端波長である。波長を４０８ｎｍに固定したときの光電流Ｉp のバイアス電圧依存性を図１６Ｂに示す。図１６Ｂに示すバイアス電圧依存性は光伝導体の性質を示している。図１６Ｂのバイアス電圧依存性はまた、この受光素子の光に対する感度をバイアス電圧の調節によって変化させることができることを示す。このため、例えば、微弱光を検出する際には、バイアス電圧を大きくして感度を高くし、逆に強い光を検出する際には、バイアス電圧を小さくして感度を低くすることにより、増幅器の飽和を防ぐことができる。なお、波長５４０、５７８ｎｍのピークは可視光の波長にあるが、これらのピークは光電流検出の際に所定のしきい値電流を設定することにより無視することができる。
【００７３】
光伝導体２７において、色素２２ａを含むタンパク質２２を用いることによる利点を検証するために、比較実験を行った。そのために、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１と色素２２ａとの複合体をくし型電極部３１ａ、３２ａ上に形成した試料（試料１）と、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１とタンパク質２２との複合体をくし型電極部３１ａ、３２ａ上に形成した試料（試料２）とを作製した。
【００７４】
導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１と色素２２ａとの複合体をくし型電極部３１ａ、３２ａ上に形成した試料１は次のようにして作製した。
【００７５】
色素２２ａとして亜鉛プロトポルフィリン（ＺＰＰ）を１−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）に溶かして２ｍｇ／ｍＬの色素溶液を調製した。また、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）をＮＭＰに溶かして２ｍｇ／ｍＬのＰＡＮＩ溶液を調製した。次に、このＰＡＮＩ溶液を上記の色素溶液に添加して色素−ポリマー水溶液を調製した。この色素−ポリマー水溶液におけるＺＰＰとＰＡＮＩとの重量比は１０：１である。次に、こうして調製した色素−ポリマー水溶液をＰＡＮＩ濃度が０．２４ｍｇ／ｍＬとなるように希釈した後、ディッピング法により、くし型電極部３１ａ、３２ａ上に塗布した。ディッピング後、ＩＴＯ電極３１、３２を真空中に４８時間保持することにより水およびＮＭＰを除去した。その後、ＩＴＯ電極３１、３２を試験前に一晩乾燥容器中に保管した。
【００７６】
導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１とタンパク質２２との複合体をくし型電極部３１ａ、３２ａ上に形成した試料２は次のようにして作製した。
【００７７】
亜鉛置換シトクロムｃを水に溶かして０．７３ｍＭのタンパク質溶液を調製した。また、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）をＮＭＰに溶かして２ｍｇ／ｍＬのＰＡＮＩ溶液を調製した。次に、このＰＡＮＩ溶液を上記のタンパク質溶液に添加してタンパク質−ポリマー水溶液を調製した。このタンパク質−ポリマー水溶液における亜鉛置換シトクロムｃとＰＡＮＩとの重量比は１０：１である。次に、こうして調製したタンパク質−ポリマー水溶液をＰＡＮＩ濃度が０．２４ｍｇ／ｍＬとなるように希釈した後、ディッピング法により、くし型電極部３１ａ、３２ａ上に塗布した。ディッピング後、電極を真空中に４８時間保持することにより水およびＮＭＰを除去した。その後、ＩＴＯ電極３１、３２を試験前に一晩乾燥容器中に保管した。
【００７８】
試料１、２を用いて室温で波長３８０〜６００ｎｍの光電流アクションスペクトルを測定した。ＩＴＯ電極３１、３２間に印加する電圧は１００ｍＶ、２００ｍＶ、４００ｍＶ、８００ｍＶ、１６００ｍＶに変えた。試料１、２について得られた光電流アクションスペクトルをそれぞれ図１７および図１８に示す。図１７に示すように、試料１では、ソーレー帯（４２８ｎｍ）のピークおよびＱ帯のピーク（５５０ｎｍおよび５８０ｎｍ）が観察される。また、図１８に示すように、試料２では、ソーレー帯（４０８ｎｍ）のピークおよびＱ帯のピーク（５５０ｎｍおよび５８０ｎｍ）が観察される。
【００７９】
試料１、２から得られる光電流Ｉp のバイアス電圧依存性を図１９Ａに、試料１、２のオン／オフ比のバイアス電圧依存性を図１９Ｂに示す。図１９ＡおよびＢから明らかなように、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１とタンパク質２２との複合体を用いた試料２は、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１と色素２２ａとの複合体を用いた試料１と比べて、光電流値およびオン／オフ比とも、格段に優れている。
【００８０】
導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１とタンパク質２２との複合体からなる光伝導体２７を用いた試料２に正負のバイアス電圧を印加したときの挙動を確認するために、−８００ｍＶ〜＋８００ｍＶのバイアス電圧をＩＴＯ電極３１、３２間に印加した。そのときの光電流アクションスペクトルを図２０に示す。図２０から明らかなように、ＩＴＯ電極３１、３２間に印加するバイアス電圧が＋８００ｍＶのときと−８００ｍＶのときとで光電流の符号が逆で対称的になっている。
【００８１】
［光伝導体２７に導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１に加えて他のポリマーを添加した例］
導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１に加えて他のポリマーを添加したときの影響を検証するために、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１としてＭＥＨ−ＰＰＶ、他のポリマーとして下記の構造式で表されるＰＭＭＡを用いた。
【化２２】
実験の都合上、タンパク質２２の代わりに［６，６］−フェニル−Ｃ６１−酪酸メチルエステル（［6,6 ］-Phenyl-C61-Butyric Acid Methyl Ester,ＰＣＢＭ）を用いた。これらのＭＥＨ−ＰＰＶ、ＰＭＭＡおよびＰＣＢＭを用いて光伝導体を形成した。ＰＣＢＭを用いることにより、光伝導体の形成時に１５０℃以上の温度で乾燥を行うことができることから、光伝導体の形成に要する時間の大幅な短縮を図ることができる。この光伝導体を用いて図１４に示すものと同様な受光素子を形成した。ＰＭＭＡの添加量を変えて光伝導体を形成し、受光素子を形成した。これらの受光素子のＩＴＯ電極３１、３２間に８Ｖのバイアス電圧を印加した状態で波長５５０ｎｍの光を照射し、光電流Ｉp を測定した。その結果を図２１に示す。図２１の横軸は光伝導体におけるＰＭＭＡに対する（ＭＥＨ−ＰＰＶ＋ＰＣＢＭ）の質量比である。図２１から分かるように、（ＭＥＨ−ＰＰＶ＋ＰＣＢＭ）／ＰＭＭＡ質量比が約８以上、言い換えると、光伝導体に占めるＰＭＭＡの質量の割合が約１１％以下では光電流Ｉp はほぼ一定であり、ＰＭＭＡの添加による光電流Ｉp の減少は観測されない。
【００８２】
［受光素子アレイの第１の例］
透明受光層１３に形成する受光素子アレイの第１の例について説明する。
図２２はこの受光素子アレイを示す。図２２に示すように、この受光素子アレイにおいては、例えばガラス基板などの基板（図示せず）上に２次元アレイ状（マトリックス状）に受光素子Ｄが設けられている。ここでは、４×４配列で合計１６個の受光素子Ｄが設けられている場合について説明するが、これに限定されるものではなく、受光素子Ｄの配列パターンや個数などは必要に応じて選択される。各受光素子Ｄにおいては、例えばＩＴＯなどからなる電極３５、３６が互いに離れて対向している。図示は省略するが、各受光素子Ｄにおいては、電極３５、３６を覆うように、かつこれらの電極３５、３６と電気的に接続されて光伝導体が設けられている。第１列の各受光素子Ｄの電極３５の両端には電極Ｅ1 の細線部が接続され、第２列の各受光素子Ｄの電極３５には電極Ｅ2 の細線部が接続され、第３列の各受光素子Ｄの電極３５には電極Ｅ3 の細線部が接続され、第４列の各受光素子Ｄの電極３５には電極Ｅ4 の細線部が接続されている。また、第１行の各受光素子Ｄの電極３６には電極Ｅ5 の図示省略した細線部が接続され、第２行の各受光素子Ｄの電極３６には電極Ｅ6 の図示省略した細線部が接続され、第３行の各受光素子Ｄの電極３６には電極Ｅ7 の図示省略した細線部が接続され、第４行の各受光素子Ｄの電極３６には電極Ｅ8 の図示省略した細線部が接続されている。基板の形状および大きさは必要に応じて選ばれるが、形状は例えば正方形または長方形である。電極３５、３６および電極Ｅ1 〜Ｅ8 の形状および各部の寸法は必要に応じて選ばれる。また、電極Ｅ1 〜Ｅ8 の材料は必要に応じて選ばれるが、例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｕなどである。各受光素子Ｄの大きさの一例を挙げると、３．５ｍｍ×３．５ｍｍである。
【００８３】
〈受光素子Ｄの他の例〉
図２３は受光素子Ｄの他の例を示す。この受光素子Ｄは電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）型受光素子である。
図２３に示すように、このＦＥＴ型の受光素子Ｄにおいては、透明基板４１上に透明導電層４２が設けられ、その上に光伝導体４３が設けられている。この光伝導体４３上に所定形状のゲート絶縁膜４４が設けられ、その上に所定形状のゲート電極４５が設けられている。これらのゲート絶縁膜４４およびゲート電極４５は透明に構成される。ゲート絶縁膜４４の両側の部分における光伝導体４３上にソース電極４６およびドレイン電極４７が設けられている。
【００８４】
透明基板４１としては、例えば、透明基板１３ａと同様なものを用いることができる。透明基板４１は透明基板１３ａそのものであってもよいし、透明基板１３ａ上に設けたものであってもよい。透明導電層４２は、例えば、ＩＴＯ、ＦＴＯ、グラフェンなどからなる。光伝導体４３は光伝導体２７と同様である。ゲート絶縁膜４４は、例えば、ＳｉＯ2 膜などからなる。ゲート電極４５、ソース電極４６およびドレイン電極４７は、例えば、第１の電極２８および第２の電極２９と同様な透明材料からなる。
【００８５】
このＦＥＴ型の受光素子Ｄにおいては、光が照射されていないとき（暗状態）には、ゲート電極４５に、ゲート絶縁膜４４と光伝導体４３との界面の近傍における光伝導体４３中に伝導チャネルを形成するのに必要な電圧（ゲート電圧）が印加されたとしても、光伝導体４３中の自由電荷密度（キャリア密度）が非常に低いため、光伝導体４３とゲート絶縁膜４４との界面の近傍の光伝導体４３中に伝導チャネルが形成されない。このため、ソース電極４６とドレイン電極４７との間に光電流は流れない。
【００８６】
一方、この受光素子Ｄの光伝導体４３に、タンパク質２２の色素２２ａの励起に必要な光子エネルギーを有する光が照射されると、色素２２ａが励起されて電子−正孔対（励起子）が発生する。こうして発生した電子−正孔対のうちの電子または正孔は色素２２ａから、タンパク質２２に形成された経路を通って導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１に注入される（光ドーピング）。こうして電子または正孔が注入されると、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１中の自由電荷密度（キャリア密度）が急激に増加する。このため、ソース電極４６とドレイン電極４７との間にバイアス電圧が印加され、かつ、ゲート電極４５に、ゲート絶縁膜４４と光伝導体４３との界面の近傍における光伝導体４３中に伝導チャネルを形成するのに必要なゲート電圧が印加されると、ゲート絶縁膜４４と光伝導体４３との界面の近傍における光伝導体４３中に伝導チャネルが形成される。これによって、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１に注入された正孔または電子は、例えば図２３中矢印で示すように、ソース電極４６およびドレイン電極４７のうちの電位が低い方または高い方に移動し、ソース電極４６とドレイン電極４７との間に光電流が流れる。例えば、ソース電極４６とドレイン電極４７との間にソース電極４６の方が電位が高くなるようにバイアス電圧が印加されている場合には、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１に注入された正孔はドレイン電極４７に移動し、ソース電極４６からドレイン電極４７に光電流が流れる。光電流は光伝導体４３に照射される光の強度が高いほど多くなる。ソース電極４６とドレイン電極４７との間にバイアス電圧が印加されていないとき（バイアス電圧＝０）には、光伝導体４３に光が照射されても、ソース電極４６とドレイン電極４７との間に光電流は流れない。ソース電極４６とドレイン電極４７との間に流れる光電流の向きは、ソース電極４６とドレイン電極４７との間に印加するバイアス電圧の極性により制御することができる。また、光伝導体４３に入射する光の強度を一定とすると、ソース電極４６とドレイン電極４７との間に流れる光電流は、入射光の波長およびソース電極４６とドレイン電極４７との間に印加するバイアス電圧によって制御することができる。
【００８７】
〈受光素子アレイの第２の例〉
図２４Ａは受光素子アレイの第２の例を示す回路図、図２４Ｂはこの受光素子アレイの要部の断面図である。この受光素子アレイは、液晶ディスプレイと同様に画素選択用スイッチングトランジスタとして薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いる受光素子Ｄの２次元アレイである。この受光素子アレイは、従来公知のフラットパネルディスプレイの製造技術を組み合わせることよって大面積のものを容易に形成することができる。
【００８８】
図２４ＡおよびＢに示すように、この受光素子アレイにおいては、ガラスなどからなる透明基板５１上に透明電極５２および光伝導体５３が順次設けられている。光伝導体５３上に透明な上部電極Ｅが各受光素子Ｄ毎に設けられている。言い換えると、各受光素子Ｄは、光伝導体５３が透明電極５２および上部電極Ｅにより挟まれた構造を有する。この受光素子Ｄが２次元アレイ状に配列されて受光素子アレイが形成されている。この受光素子アレイにおいては、行選択線Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、…および列選択線Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、…が設けられている。行選択線Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、…と列選択線Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、…との交差部にｎチャネルＴＦＴからなる画素選択用のスイッチングトランジスタＴが形成されている。より詳細には、行選択線Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、…のそれぞれは行方向の各スイッチングトランジスタＴのソース電極に接続され、列選択線Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、…は列方向の各スイッチングトランジスタＴのゲート電極に接続されている。上部電極Ｅは、各スイッチングトランジスタＴのドレイン電極に接続されている。行選択線Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、…はそれぞれ電流入力アナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換ＩＣ５４、５５、５６、…に接続されている。スイッチングトランジスタＴは従来公知の技術によって形成することができ、使用材料も問わない。
【００８９】
この受光素子アレイにおいては、光が照射されていないとき（暗状態）には、光伝導体５３を構成する導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１ならびにタンパク質２２ともに絶縁体であり、したがって光伝導体５３は絶縁体である。
【００９０】
一方、受光素子Ｄの光伝導体５３に、タンパク質２２の色素２２ａの励起に必要な光子エネルギーを有する光が照射されると、色素２２ａが励起されて電子−正孔対（励起子）が発生する。こうして発生した電子−正孔対のうちの電子または正孔は色素２２ａから、タンパク質２２に形成された経路を通って導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１に注入される（光ドーピング）。こうして電子または正孔が注入されると、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１の電気伝導度は急激に増加し、ひいては光伝導体５３の電気伝導度が急激に増加する。
【００９１】
例えば、透明電極５２に所定の正電圧を印加しておく。今、列選択線Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、…から選択された一つの列選択線に所定の正のゲート電圧を印加し、行選択線Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、…から選択された一つの行選択線は例えば接地電位とする。このとき、列選択線Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、…から選択された一つの列選択線と行選択線Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、…から選択された一つの行選択線との交差部のスイッチングトランジスタＴがオンし、このスイッチングトランジスタＴに接続された上部電極Ｅは接地電位となる。受光素子Ｄに光が入射して光伝導体５３の電気伝導度が増加すると、透明電極５２から上部電極Ｅに向かって電流が流れ、さらにこの電流はスイッチングトランジスタＴを通って行選択線Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、…から選択された一つの行選択線に流れ、この行選択線に接続されたＡ／Ｄ変換ＩＣにより変換されて光電流として検出される。この光電流の検出により、列選択線Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、…から選択された一つの列選択線と行選択線Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、…から選択された一つの行選択線との交差部の受光素子Ｄに入射した光が検出される。
【００９２】
〈受光素子アレイの第３の例〉
図２５は受光素子アレイの第３の例を示す回路図である。図２４ＡおよびＢに示す受光素子アレイの第２の例では、受光素子Ｄは光伝導体５３が透明電極５２および上部電極Ｅにより挟まれた構造を有するのに対し、この受光素子アレイの第３の例においては、受光素子Ｄは、光伝導体５７上に設けられた一対のくし型電極５８、５９を有し、これらのくし型電極５８、５９が互いに噛み合って、所定の距離離れて互いに対向している。くし型電極５８は各スイッチングトランジスタＴのドレイン電極に接続されている。くし型電極５９はバイアス印加用の配線Ｗ1 、Ｗ2 、Ｗ3 、…に接続されている。この受光素子アレイの上記以外の構成は受光素子アレイの第２の例と同様である。
【００９３】
この受光素子アレイの動作は次の通りである。例えば、配線Ｗ1 、Ｗ2 、Ｗ3 、…に所定の正電圧を印加しておく。今、列選択線Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、…から選択された一つの列選択線に所定の正のゲート電圧を印加し、行選択線Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、…から選択された一つの行選択線は例えば接地電位とする。このとき、列選択線Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、…から選択された一つの列選択線と行選択線Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、…から選択された一つの行選択線との交差部のスイッチングトランジスタＴがオンし、このスイッチングトランジスタＴに接続されたくし型電極５８は接地電位となる。受光素子Ｄに光が入射して光伝導体５３の電気伝導度が増加すると、くし型電極５９からくし型電極５８に向かって電流が流れ、さらにこの電流はスイッチングトランジスタＴを通って行選択線Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、…から選択された一つの行選択線に流れ、この行選択線に接続されたＡ／Ｄ変換ＩＣにより変換されて光電流として検出される。この光電流の検出により、列選択線Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、…から選択された一つの列選択線と行選択線Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、…から選択された一つの行選択線との交差部の受光素子Ｄに入射した光が検出される。
【００９４】
〈受光素子アレイの第４の例〉
図２６は受光素子アレイの第４の例を示す回路図である。
図２６に示すように、この受光素子アレイにおいては、受光素子Ｄは、図２３に示すＦＥＴ型の構成を有する。この受光素子Ｄが２次元アレイ状に配列されて受光素子アレイが形成されている。この受光素子アレイにおいては、行選択線Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、…および列選択線Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、…が設けられているが、図２６においては行選択線Ｒ1 および列選択線Ｃ1 のみが示されている。行選択線Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、…と列選択線Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、…との交差部にｎチャネルＴＦＴからなる画素選択用のスイッチングトランジスタＴが形成されている。より詳細には、行選択線Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、…のそれぞれは行方向の各スイッチングトランジスタＴのゲート電極に接続され、列選択線Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、…は列方向の各スイッチングトランジスタＴのソース電極に接続されている。ＦＥＴ型受光素子Ｄのソース電極は、各スイッチングトランジスタＴのドレイン電極に接続されている。列選択線Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、…はそれぞれＡ／Ｄ変換ＩＣ５４、５５、５６、…に接続されているが、図２６においてはＡ／Ｄ変換ＩＣ５４のみが示されている。ＦＥＴ型受光素子Ｄのゲート電極は、例えば薄膜トランジスタからなる駆動用トランジスタＱのドレイン電極と接続されている。この駆動用トランジスタＱのソース電極には電圧Ｖon/offが供給されるようになっている。この駆動用トランジスタＱのゲート電極は行選択線Ｒ1 と接続されている。
【００９５】
この受光素子アレイの動作は次の通りである。今、行選択線Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、…から選択されたから選択された一つの列選択線に所定の正のゲート電圧を印加し、列選択線Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、…から選択された一つの行選択線は例えば接地電位とする。このとき、列選択線Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、…から選択された一つの列選択線と行選択線Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、…から選択された一つの行選択線との交差部のスイッチングトランジスタＴがオンし、これと同時に駆動用トランジスタＱもオンする。こうして駆動用トランジスタＱがオンすることにより、ＦＥＴ型受光素子Ｄのゲート電極に電圧Ｖon/offが印加される。ＦＥＴ型受光素子Ｄのドレイン電極には電圧ＶDDが印加されている。ＦＥＴ型受光素子Ｄに光が入射して光伝導体４３の電気伝導度が増加すると、このＦＥＴ型受光素子Ｄのソース電極４６およびドレイン電極４７間に電流が流れ、さらにこの電流はスイッチングトランジスタＴを通って列選択線Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、…から選択された一つの行選択線に流れ、この行選択線に接続されたＡ／Ｄ変換ＩＣにより変換されて光電流として検出される。この光電流の検出により、列選択線Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、…から選択された一つの列選択線と行選択線Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、…から選択された一つの行選択線との交差部のＦＥＴ型受光素子Ｄに入射した光が検出される。
【００９６】
〈３次元インタラクティブディスプレイの応用例〉
この３次元インタラクティブディスプレイは、パーソナルコンピュータ、携帯電話、タブレットなどの入力装置である光学タッチパネルとして使用することができる。パーソナルコンピュータに適用した一例を図２７に示す。
【００９７】
図２７に示すように、この光学タッチパネルＯＴＰは、光学マスクＯＭおよび物体検出モジュールＯＤＭを有する。物体検出モジュールＯＤＭは受光素子アレイＤＡおよび検出回路ＤＣを有する。受光素子アレイＤＡからの出力信号は検出回路ＤＣに供給される。検出回路ＤＣの出力信号は信号処理装置ＤＳＰ２に供給される。信号処理装置ＤＳＰ２の出力信号はパーソナルコンピュータＰＣに位置情報として供給される。パーソナルコンピュータＰＣではこの位置情報に基づいて表示信号が生成される。この表示信号は信号処理装置ＤＳＰ１に供給される。この信号処理装置ＤＳＰ１の出力信号は光学マスクＯＭに供給され、光変調層１２により形成されるマスクパターンの制御が行われる。信号処理装置ＤＳＰ１から信号処理装置ＤＳＰ２にフレーム同期信号が供給され、これによって受光素子アレイＤＡからの信号と光学マスクＯＭに対する信号とを互いに同期させることができるようになっている。
【００９８】
光学マスクＯＭは、マスクパターンとパーソナルコンピュータＰＣからのコンテンツとを交互に表示するように構成されている。光学マスクモードにおいては、マスクパターンが二つの信号処理装置ＤＳＰ１、ＤＳＰ２のバッファに蓄積され、光変調層１２、例えば液晶パネルの駆動回路（図示せず）に交互に転送される。マスクパターンは容易に決定することができるため、メモリへの書き込みは不要であり、したがってマスクパターンの切り替え速度の向上を図ることができる。一方、ディスプレイモードにおいては、第３の信号処理装置（図示せず）のバッファから映像コンテンツが供給され、液晶パネルの駆動回路に書き込まれる。信号のタイミングおよび信号処理能力によっては、いくつかのフレームを省略することが可能である。この三つの信号処理装置のバッファにより順次、線状に走査を行うことにより、ディスプレイモードと光学マスクモードとが、安定なフレーム速度で動作することが保証される。
【００９９】
この３次元インタラクティブディスプレイの機能は、この３次元インタラクティブディスプレイのスクリーンに接近する物体の位置を検出することであるため、受光素子アレイを常時、全走査（フルスキャン）する必要はない。この３次元インタラクティブディスプレイは、何も物体が検出されないときには、スタンバイモードに設定することができる。この状態を図２８Ａに示す。図２８Ａに示すように、スタンバイモードでは、受光素子アレイの縦横に配置された受光素子Ｄ（画素）の一部だけ、例えば一つおきの受光素子Ｄだけをアクティブ（図２８Ａ中、アクティブな受光素子Ｄに斜線を施した。図２８Ｂにおいても同様。）にして物体検出のための走査が行われる。一旦、物体が受光素子アレイのある領域で検出されたら、この３次元インタラクティブディスプレイはキャプチャーモードに切り替わる。この状態を図２８Ｂに示す。図２８Ｂに示すように、このキャプチャーモードでは、物体が検出された領域（例えば、図２８Ｂ中、一点鎖線で囲んだ領域）の全ての受光素子Ｄがアクティブとなり、物体の位置を高精度で検出することができる。
【０１００】
この第１の実施の形態によれば、次のような種々の利点を得ることができる。すなわち、この３次元インタラクティブディスプレイのスクリーンに接近する物体１５にプローブ光１６を照射することにより発生する散乱光１７を光変調層１２により空間変調して透明受光層１３により受光していることにより、物体１５がスクリーンから離れた位置にあっても、マルチタッチセンシングや３次元ジェスチャー認識などを高分解能で容易に行うことができる。また、ディスプレイパネル１４が独立に設けられているため、物体１５の検出とは独立して画像の表示を行うことができ、しかも光変調層１２の分解能とは無関係に、ディスプレイパネル１４を高解像度に構成することができる。また、物体１５の像をレンズを用いずに透明受光層１３の受光面に結像させることができるので、レンズを設置するための空間が不要となり、ひいては３次元インタラクティブディスプレイを薄型に構成することができる。この３次元インタラクティブディスプレイは、例えば、３次元インタラクティブテレビ、タブレット、携帯電話、携帯ゲーム機などに用いて好適なものである。また、ディスプレイパネル１４をＥインクなどを用いて構成することにより、小電力かつ小型の携帯デバイス、例えばタッチコントロール電子ブックなどを実現することができる。
【０１０１】
また、新規な光伝導体２７を用いた受光素子Ｄを用いていることにより、光伝導体２７のタンパク質２２同士で電子と正孔とが再結合により消滅するのを防止することができるため、従来のフォトダイオードに比べて高い光電変換効率を得ることができる。さらに、従来のフォトダイオードでは光電変換効率は１００％が限界であるのに対し、この受光素子Ｄでは、１００％を超える光電変換効率を得ることが可能である。また、従来のフォトダイオードは逆バイアスで動作させるために光電変換効率を調整することはできなかったのに対し、この受光素子Ｄによれば、第１の電極２８と第２の電極２９との間に印加するバイアス電圧により光電変換効率を容易に調整することができる。また、この受光素子Ｄでは、暗電流の大幅な低減を図ることができる。また、光伝導体２７はフレキシブルに構成することができるため、この受光素子Ｄもフレキシブルに構成することができ、基板を用いる場合でもフレキシブルな基板を用いることにより受光素子Ｄ、ひいては透明受光層１３をフレキシブルに構成することができる。また、光伝導体２７の形状および大きさは自在に選ぶことができるため、この受光素子Ｄの形状および大きさも自在に選ぶことができる。
【０１０２】
〈２．第２の実施の形態〉
［３次元インタラクティブディスプレイ］
図２９は第２の実施の形態によるマルチタッチ３次元インタラクティブディスプレイを示す。
【０１０３】
図２９に示すように、この３次元インタラクティブディスプレイは、紫外光または赤外光を発生する光源６１、光変調層６２、透明受光層６３およびバックライトパネル６４を有する。光変調層６２、透明受光層６３およびディスプレイパネル６４は、これらの順に、典型的には互いに平行に配置されている。光変調層６２と透明受光層６３との間は互いに所定距離離れている。透明受光層６３とバックライトパネル６４とは、互いに直接接していてもよいし、互いに所定距離離れていてもよい。図示は省略するが、必要に応じて、透明受光層６３とバックライトパネル６４との間に、バックライトパネル６４からの光を拡散させて均一なバックライトを得るための拡散板が設けられる。バックライトパネル６４としては、基本的にはどのようなものを用いてもよいが、例えば、冷陰極蛍光管や基板上にＬＥＤアレイを形成したＬＥＤバックライトなどを用いることができる。
【０１０４】
光源６１は、第１の実施の形態と同様に、この３次元インタラクティブディスプレイのスクリーンの前面、例えば光変調層６２の前面に接近する物体６５を検出するためにこの物体６５に紫外光または赤外光からなるプローブ光６６を照射するためのものである。この光源６１は、光源１１と同様なものであってよい。
【０１０５】
この場合、第１の実施の形態と異なり、ディスプレイパネル１４を用いていないため、光変調層６２は、この光変調層６２に入射した散乱光６７の空間フィルターの役割に加えて、画像を表示するためのディスプレイパネルの役割を果たす。このため、この光変調層６２は、物体の像を得る検出モードと、この光変調層６２に画像を表示するディスプレイモードとの二つのモードに切り替えることができるようになっている。すなわち、この光変調層６２は、スクリーンの前面に接近する物体６５を検出する場合は検出モードに設定し、光変調層６２に画像を表示する場合にはディスプレイモードに設定する。
【０１０６】
透明受光層６３は、 透明受光層１３と同様な構成を有する。
この３次元インタラクティブディスプレイの上記以外のことは、第１の実施の形態によ３次元インタラクティブディスプレイと同様である。
この第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
【０１０７】
〈３．第３の実施の形態〉
［３次元インタラクティブディスプレイ］
図３０は第３の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイを示す。
図３０に示すように、この３次元インタラクティブディスプレイは、光変調層としての液晶パネル７１および透明受光層７２を有する。図示は省略するが、この３次元インタラクティブディスプレイにおいてはさらに、液晶パネル７１のスクリーンの前方の物体７３を検出するための紫外光または赤外光の光源がこの液晶パネル７１の周辺部に設けられ、透明受光層７２の背面にディスプレイパネルまたはバックライトパネルが設けられている。ディスプレイパネルとしては、ディスプレイパネル１４と同様なものを用いることができ、バックライトパネルとしてはバックライトパネル６４と同様なものを用いることができる。
【０１０８】
液晶パネル７１においては、透明なガラス基板７１１の上面に液晶層７１２が設けられ、この液晶層７１２上に偏光フィルター７１３が設けられ、透明なガラス基板７１１の下面に偏光フィルター７１４が設けられている。図示は省略するが、一般的な液晶パネルと同様に、液晶層７１１と偏光フィルター７１２との間に画素毎に透明電極が設けられ、液晶層７１２と偏光フィルター７１３との間に共通の透明電極が設けられている。画素毎に設けられた透明電極と共通の透明電極との間に所定の電圧を印加することより、各画素の液晶層７１２の液晶分子の配向を制御することにより各画素の液晶層７１２の透明／不透明を制御することができる。
【０１０９】
透明受光層７２は、偏光フィルター７１４の下面に設けられた受光素子Ｄからなる受光素子アレイからなる。受光素子Ｄとしては、第１の実施の形態で述べたものと同様なものを用いることができる。この場合は、受光素子Ｄを形成するための透明基板は不要である。
【０１１０】
種々の視野角からの物体７３の像を得るために、液晶パネル７１の画素は、周期的に配列された一つまたは複数の画素からなる画素グループに分割されている。そして、各画素グループの直下の受光素子アレイを一つの受光素子で置き換える。
【０１１１】
種々の視野角からの物体７３からの散乱光７４を検出するために、各画素グループのピンホールがそれぞれ変更される。例えば、物体７３から液晶パネル７１に垂直に入射する散乱光７４を検出するためには、ピンホールは各画素グループの中心に設定されていなければならない。また、物体７３から液晶パネル７１に対して斜めの方向から入射する散乱光７４を検出するためには、ピンホールは各画素グループの他の位置に設定しなければならない。
【０１１２】
この方法の検出精度は、二つのパラメータで表すことができる。一つのパラメータは液晶パネル７１の面に垂直な方向の垂直分解能Δｚである。もう一つのパラメータは横方向分解能Δｘである。これらの二つのパラメータは、受光素子Ｄ、より詳細には受光面の大きさｄs 、液晶パネル７１の画素のサイズｄm 、液晶層７１１ｄと受光素子Ｄとの間の距離ｈ0 および液晶パネル７１の画素グループのサイズｄG によって決められる（図３０参照。）。液晶パネル７１の画素の大きさは、散乱光７４の波長に比べて３桁以上大きく、液晶層７１２と受光素子Ｄとの間の距離ｈ0 はピンホールのサイズと同程度であるため、以下においては、ピンホールを通過する際の回折効果を無視する。
【０１１３】
図３０に基づく幾何学的関係より、横方向分解能Δｘは
【数１】
と表すことができる。
【０１１４】
また、垂直方向の高さの不確定性Δｙは
【数２】
と表すことができる。
【０１１５】
画素グループの大きさがピンホールおよび受光素子Ｄの大きさよりもずっと大きい時、Δｙは
【数３】
と表すことができる。
【０１１６】
空間的な不確定性の公式は下記のことを示している。
（１）空間的な不確定さは、物体７３と液晶パネル７１のとの間の距離に従って直線的に増加する。
（２）ピンホールおよび受光素子Ｄが小さい程、両方向の不確定さが減少するのに役立つが、受光素子Ｄに入射する光子の量を制限し、従って感度が減少する。
（３）液晶パネル７１と受光素子Ｄとの間の距離の増加により、両方向の不確定さを減少させることができるが、３次元インタラクティブディスプレイの厚さも増加してしまう。
（４）垂直方向の不確定さを減少させる観点からは、画素グループの大きさが大きい程好ましい。しかしながら、画素グループの大きさが大き過ぎると、物体７３からの情報量が減少し、再構成される物体の分解能が減少してしまう。
【０１１７】
この３次元インタラクティブディスプレイについてシミュレーションを行った。このシミュレーションにおいては、以下のパラメータを採用した。
ｄm ＝０．２ｍｍ、ｄs ＝０．１ｍｍ、ｄG ＝１．８ｍｍ、ｈ0 ＝２ｍｍ
従って、空間的な不確定性は、ｍｍの単位で
【数４】
と表すことができる。
【０１１８】
液晶パネル７１のガラス基板の屈折率（約１．７）を考慮すると、空間的な不確定性は
【数５】
と表すことができる。
【０１１９】
物体７３の高さと空間的な不確定性との間の関係を図３１に示す。
モンテカルロシミュレーションにおいては、人間の指を模倣するために半径８ｍｍの半球を設定した（図３２）。半球の３／４は一様な確率分布であらゆる方向に光子をランダムに放出するように設定した。このモデルは、現実の拡散の妥当な減少である。
【０１２０】
球座標と直交座標との間の関係によると、ｃｏｓ（θ）およびφが一様に分布すると、放出される光子の分布はランダムで一様な球状分布となる。物体そのもの、あるいは、画素グループ間の境界に当たる全ての光子は無視される。例えば、物体７３が、異なる角度でマスク面より４０ｍｍの高さにある時に得られる元の像は、図３３ＡおよびＢに示す通りである。ここで、図３３Ａは角度が２３°の方向からの画像、図３３Ｂは角度が−２３°の方向からの画像である。
【０１２１】
受光面に到達することができない光子を除去することにより、種々の角度からの画像を再生することができ、図３４ＡおよびＢに示す通りである。ここで、図３４Ａは角度が２３°の方向からの画像、図３４Ｂは角度が−２３°の方向からの画像である。物体７３の底からの正確な位置の計算により、Ｈ＝３３ｍｍ（正確な高さは３２ｍｍ）の結果が得られ、これは許容範囲の誤差である。
【０１２２】
この第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点に加えて、スクリーンから離れた位置にある物体７３の位置を正確に検出することができることにより、より正確な３次元ジェスチャー認識を行うことが可能であるという利点を得ることができる。この３次元インタラクティブディスプレイは、例えば、携帯電話や携帯ゲーム機などに適用して好適なものである。
【０１２３】
以上、実施の形態について具体的に説明したが、本技術は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本技術の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【０１２４】
例えば、上述の実施の形態において挙げた数値、構造、構成、形状、材料などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、構造、構成、形状、材料などを用いてもよい。
【符号の説明】
【０１２５】
１１…光源、１２…光変調層、１２ａ…セル、１３…透明受光層、１３ａ…透明基板、Ｄ…受光素子、１４…ディスプレイパネル、１４ａ…基板、Ｐ…画素、１５…物体、１６…プローブ光、１７…散乱光、２１…導電性ポリマーおよび／または高分子半導体、２２…タンパク質、２２ａ…色素、２２ｂ…ポリペプチド、２３…リンカー、２４…電極、２５…アポタンパク質、２６…基板、２７…光伝導体、２８…第１の電極、２９…第２の電極
【技術分野】
【０００１】
本開示は、３次元インタラクティブディスプレイに関し、例えば、マルチタッチセンシングや３次元ジェスチャー認識などが可能なフラットパネルディスプレイに適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の接触点を同時に認識するための技術であるマルチタッチセンシング技術は、携帯電話やフラットパネルディスプレイなどにおいて広く採用されている。しかしながら、従来のほとんどのマルチタッチセンシングデバイス、例えば、静電容量式マルチタッチタブレット（非特許文献１参照。）や感力式マルチタッチセンサ（非特許文献２参照。）などは、スクリーンから離れた位置でのジェスチャーを検出する能力を有していない。ほとんどの３次元ジェスチャー認識デバイスは、空間情報を得るためにカメラを使用することによって実現される。しかしながら、カメラを用いると、像を得るために物体とカメラとの間に空間が必要となることから、これらの技術はフラットパネルテレビ、タブレット、携帯電話、携帯ゲーム機などの薄型あるいは携帯デバイスには適していない。ほとんどの関連研究（非特許文献３参照。）においては、マルチタッチセンシングおよび３次元ジェスチャー認識は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を双方向マスクとして使用することによって実現され、これにより、バックライトの拡散板の背後のカメラがスクリーンの前方の物体の像を得ることが可能となる。しかしながら、このデバイスも、カメラで像を得るために、ディスプレイとカメラとの間に比較的大きな空間が必要であることから、薄型あるいは携帯デバイスには適していない。一方、バックライトの背後に像検出面を配置すると、バックライトに発光ダイオード（ＬＥＤ）を採用することが難しくなる。それはＬＥＤあるいは有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）の基板は一般に不透明であるためである。また、ＯＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、Ｅインクディスプレイなどの、より高輝度、より高コントラスト、より広い視野角あるいはより高い電力効率を有するディスプレイの技術を利用することができない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】LEE, S., BUXTON, W., AND SMITH, K. C. 1985. A multi-touch three dimensional touch-sensitive tablet. In ACM SIGCHI, 21-25
【非特許文献２】HILLIS, W. D. 1982. A high-resolution imaging touch sensor.Int'l. J. of Robotics Research 1, 2, 33-44
【非特許文献３】Matthew Hirsch, Douglas Lanman et al. A Thin, Depth-SensingLCD for 3D Interaction using Light Fields, SIGGRAPH Asia, 2009
【非特許文献４】Fenimore et al. Codes 1978. Codes aperture imaging with uniformly redundant arrays. Appl. Optics 17, 3, pp337-347, 2009
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように、従来は、マルチタッチセンシングや３次元ジェスチャー認識などを行うことができ、しかも薄型に構成することができる３次元インタラクティブディスプレイは提案されていなかった。
【０００５】
そこで、本開示が解決しようとする課題は、マルチタッチセンシングや３次元ジェスチャー認識などを行うことができ、しかも薄型に構成することができる３次元インタラクティブディスプレイを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本開示は、
検出しようとする物体に光を照射するための光源と、
上記光源から上記物体に光を照射することにより発生する散乱光が入射し、この散乱光の強度を変調する機能を少なくとも有する光変調層と、
上記光変調層を透過した光を受光するための透明受光層と、
上記透明受光層に関して上記光変調層と反対側に設けられたディスプレイパネルまたはバックライトパネルとを有する３次元インタラクティブディスプレイである。
【０００７】
光源は、典型的には、ディスプレイパネルまたはバックライトパネルからの可視光と重ならない波長の光、すなわち紫外光または赤外光を発生するものが用いられる。この光源は、この３次元インタラクティブディスプレイのスクリーンに接近する物体を検出することができるようにプローブ光を発生するものである限り、基本的にはどのようなものを用いてもよい。この光源は、好適には、光源から発生する光がスクリーンの前方の空間全体に照射されるように構成される。光変調層は、光源からの光が、スクリーンに接近する物体により散乱されることにより発生する散乱光に対して空間フィルター（マスク）となるものである限り、基本的にはどのようなものであってもよい。この光変調層としては、好適には、液晶パネルなどが用いられるが、これに限定されるものではない。
【０００８】
ディスプレイパネルは、画像を表示することができるものである限り、特に限定されないが、例えば、有機発光ダイオードディスプレイパネル、プラズマディスプレイパネル、液晶ディスプレイパネルなどである。
【０００９】
透明受光層は、光変調層を透過した光を受光することができるように受光素子が、典型的には複数の受光素子が配列されたものである。受光素子としては、光源からの光がスクリーンに接近する物体により散乱されることにより発生する散乱光を検出することができるものである限り、基本的にはどのようなものであってもよく、必要に応じて選ばれる。この受光素子としては、最も好適には、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体と少なくとも一つの、長寿命励起状態を有する色素を含むタンパク質、有機色素または無機色素との複合体からなる光伝導体を用いた受光素子が用いられ、この受光素子が複数配列される。この受光素子は、透明基板上に設けてもよいし、そうでなくてもよい。この受光素子は、光変調層の後面上に設けてもよい。
【００１０】
上記の光伝導体においては、典型的には、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体とタンパク質、有機色素または無機色素とは非共有結合または共有結合により互いに結合する。典型的には、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体は全体としてネットワークを形成している。導電性ポリマーおよび／または高分子半導体はｐ型のものが多いが、ｎ型であってもよい。タンパク質に含まれる、長寿命励起状態を有する色素の「長寿命」とは、蛍光性ないしは燐光性を有するような色素に一般的な励起寿命を意味し、典型的には数十ピコ秒以上であるが、これに限定されるものではない。タンパク質は、例えば、電子伝達タンパク質、補酵素を含むタンパク質、グロビン類、蛍光タンパク質および蛍光タンパク質の変異種からなる群より選ばれた少なくとも一種である。電子伝達タンパク質としては、従来公知の電子伝達タンパク質を用いることができる。より具体的には、電子伝達タンパク質としては、金属を含む電子伝達タンパク質または金属を含まない（金属フリー）電子伝達タンパク質を用いることができる。電子伝達タンパク質に含まれる金属は、好適には、ｄ軌道以上の高エネルギーの軌道に電子を有する遷移金属（例えば、亜鉛や鉄など）である。有機色素または無機色素としては従来公知のものを用いることができ、必要に応じて選ばれる。必要に応じて、タンパク質、有機色素および無機色素のうちの二種類または三種類を一緒に用いてもよい。導電性ポリマーおよび／または高分子半導体とタンパク質、有機色素または無機色素との複合体は、機械的強度の向上を図るために、必要に応じて、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体より機械的強度が高い他のポリマーをさらに含む。こうすることで、光伝導体を基板上に支持する必要がなくなる。
【００１１】
上記の受光素子においては、典型的には、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体が第１の電極と第２の電極との間に電気的に接続されている。必要に応じて、機械的支持のために、光伝導体、第１の電極および第２の電極が基板上に設けられる。この基板は透明であっても透明でなくてもよい。例えば可視光に対して透明な光電変換素子を得るためには、これらの基板、第１の電極および第２の電極は可視光に対して透明に構成される。
【００１２】
上記の光伝導体の製造方法においては、典型的には、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体とタンパク質、有機色素または無機色素とを非共有結合または共有結合により互いに結合させる。導電性ポリマーおよび／または高分子半導体とタンパク質、有機色素または無機色素との複合体は、例えば、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体とタンパク質、有機色素または無機色素とを含む溶液を用いて形成することができる。また、この複合体は、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体とタンパク質、有機色素または無機色素とを含む溶液にリンカーを添加して導電性ポリマーおよび／または高分子半導体とタンパク質、有機色素または無機色素とをこのリンカーにより結合させた後、この溶液を用いて形成することができる。さらに、この複合体は、例えば、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体を形成するためのモノマーと上記の色素とを含む溶液を用いて電気化学的重合法によりそのモノマーから導電性ポリマーおよび／または高分子半導体を形成した後、この溶液にアポタンパク質を添加して上記色素を含むタンパク質を形成し、この溶液を用いて形成することもできる。受光素子の製造方法においては、典型的には、基板上に第１の電極および第２の電極を形成した後、基板上に上記の光伝導体を導電性ポリマーおよび／または高分子半導体が第１の電極と第２の電極との間に電気的に接続されるように形成する。
【００１３】
上述の本開示においては、光源からの光がスクリーンに接近する物体に照射されることにより発生する散乱光を光変調層に入射させると、この光変調層により光強度の空間変調が行われ、この空間変調が行われた光が透明受光層に入射して受光される。こうすることでレンズを用いずに物体の像を受光面に結像させることが可能である。また、このとき、この光変調層と透明受光層との間の距離は、レンズにより結像させる場合に比べて、ずっと小さくすることができる。また、ディスプレイパネルを用いる場合には、このディスプレイパネルに画像を表示することができ、バックライトパネルを用いる場合には光変調層そのものをディスプレイパネルとして用いることができる。
【００１４】
また、受光素子が、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体と少なくとも一つの、長寿命励起状態を有する色素を含むタンパク質、有機色素または無機色素との複合体からなる光伝導体を用いたものであるときには、この光伝導体に光が入射したとき、タンパク質に含まれる色素あるいは有機色素または無機色素が光子を吸収して電子−正孔対が発生する。この電子−正孔対は電荷分離され、一方はタンパク質、有機色素または無機色素から出て導電性ポリマーおよび／または高分子半導体に注入され（光ドーピング）、他方はタンパク質、有機色素または無機色素の近傍に局在化する。例えば、電子−正孔対のうちの正孔が導電性ポリマーおよび／または高分子半導体に注入され、電子はタンパク質、有機色素または無機色素の近傍に局在化する。導電性ポリマーおよび／または高分子半導体が第１の電極と第２の電極との間に電気的に接続され、第１の電極と第２の電極との間にバイアス電圧が印加されると、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体中に注入された電子または正孔が導電性ポリマーおよび／または高分子半導体を伝導して第１の電極と第２の電極との間に光電流が流れる。導電性ポリマーおよび／または高分子半導体とタンパク質との複合体を用いる場合には、タンパク質を構成するポリペプチドが電子または正孔に対するバリアとなるため、一つのタンパク質に含まれる色素で発生した電子または正孔と他のタンパク質に含まれる色素で発生した正孔または電子と再結合して消滅するのが防止される。導電性ポリマーおよび／または高分子半導体とタンパク質、有機色素または無機色素との複合体からなる光伝導体に光が入射しないとき、光伝導体は絶縁体として振る舞う。
【発明の効果】
【００１５】
本開示によれば、マルチタッチセンシングや３次元ジェスチャー認識などを行うことができ、しかも薄型に構成することができる３次元インタラクティブディスプレイを実現することができる。特に、受光素子が、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体と少なくとも一つの、長寿命励起状態を有する色素を含むタンパク質との複合体からなる光伝導体を用いたものであるときには、光により励起されたキャリアが再結合により消滅するのを防止することができ、光電変換効率が高く、感度が高い受光素子を実現することができる。そして、この優れた受光素子を用いて透明受光層を形成することにより、優れた３次元インタラクティブディスプレイを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイを示す略線図である。
【図２】第１の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイの動作原理を説明するための略線図である。
【図３】第１の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイの動作原理を説明するための略線図である。
【図４】第１の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイの動作原理を説明するための略線図である。
【図５】第１の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイにおけるディスプレイパネルからの発光スペクトルおよび透明受光層の受光素子の吸収スペクトルの一例を示す略線図である。
【図６】第１の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイにおける透明受光層の受光素子に用いられる光伝導体を示す略線図である。
【図７】第１の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイにおける透明受光層の受光素子に用いられる光伝導体の構造例を示す略線図である。
【図８】第１の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイにおける透明受光層の受光素子に用いられる光伝導体の他の構造例を示す略線図である。
【図９】第１の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイにおける透明受光層の受光素子に用いられる光伝導体の製造方法の一例を説明するための略線図である。
【図１０】第１の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイにおける透明受光層の受光素子に用いられる光伝導体の製造方法の一例を説明するための略線図である。
【図１１】第１の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイにおける透明受光層の受光素子に用いられる光伝導体の他の例を示す略線図である。
【図１２】第１の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイにおける透明受光層の受光素子を示す略線図である。
【図１３】第１の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイにおける透明受光層の受光素子の具体的な構成例を示す断面図である。
【図１４】光電流発生実験に用いた受光素子を示す平面図である。
【図１５】図１４に示す受光素子のくし型電極部を拡大して示す平面図である。
【図１６】図１４に示す受光素子の光電流アクションスペクトルの測定結果および光電流のバイアス電圧依存性を示す略線図である。
【図１７】亜鉛プロトポルフィリンとポリアニリンとの複合体の光電流アクションスペクトルの測定結果を示す略線図である。
【図１８】亜鉛置換シトクロムｃとポリアニリンとの複合体の光電流アクションスペクトルの測定結果を示す略線図である。
【図１９】亜鉛プロトポルフィリンとポリアニリンとの複合体および亜鉛置換シトクロムｃとポリアニリンとの複合体の光電流およびオン／オフ比を比較して示す略線図である。
【図２０】亜鉛置換シトクロムｃとポリアニリンとの複合体の光電流アクションスペクトルの測定結果を示す略線図である。
【図２１】導電性ポリマーおよび／または高分子半導体に加えて他のポリマーを添加した光伝導体を用いた受光素子の光電流の測定結果を示す略線図である。
【図２２】透明受光層の受光素子アレイの第１の例を示す平面図である。
【図２３】第１の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイにおける透明受光層の受光素子の他の例を示す略線図である。
【図２４】第１の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイにおける透明受光層の受光素子アレイの第２の例を示す回路図および断面図である。
【図２５】第１の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイにおける透明受光層の受光素子アレイの第３の例を示す回路図である。
【図２６】第１の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイにおける透明受光層の受光素子アレイの第４の例を示す回路図である。
【図２７】第１の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイの応用例を示すブロック図である。
【図２８】図２７に示す３次元インタラクティブディスプレイのスタンバイモードおよびキャプチャーモードを示す略線図である。
【図２９】第２の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイを示す略線図である。
【図３０】第３の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイを示す略線図である。
【図３１】第３の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイにおけるスクリーンからの物体の高さに対する物体の空間的不確定性の依存性を示す略線図である。
【図３２】第３の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイにおけるスクリーンからの半球状の物体の離散化モデリングを示す略線図である。
【図３３】第３の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイにおいて光変調層として用いられる液晶パネルの液晶マスクを通して透明受光層の受光面上に投影された粗画像を示す略線図である。
【図３４】第３の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイにおいて光変調層として用いられる液晶パネルの液晶マスクを通して透明受光層の受光面上に照射された光が受光素子により受光されることにより得られた画像を示す略線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、発明を実施するための形態（以下「実施の形態」とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（３次元インタラクティブディスプレイ）
２．第２の実施の形態（３次元インタラクティブディスプレイ）
３．第３の実施の形態（３次元インタラクティブディスプレイ）
【００１８】
〈１．第１の実施の形態〉
［３次元インタラクティブディスプレイ］
図１は第１の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイを示す。
【００１９】
図１に示すように、この３次元インタラクティブディスプレイは、紫外光または赤外光を発生する光源１１、光変調層１２、透明受光層１３およびディスプレイパネル１４を有する。光変調層１２、透明受光層１３およびディスプレイパネル１４は、これらの順に、典型的には互いに平行に配置されている。光変調層１２と透明受光層１３との間は互いに所定距離離れている。透明受光層１３とディスプレイパネル１４とは、互いに直接接していてもよいし、互いに所定距離離れていてもよい。
【００２０】
光源１１は、この３次元インタラクティブディスプレイのスクリーンの前面、例えば光変調層１２の前面に接近する物体１５を検出するためにこの物体１５に紫外光または赤外光からなるプローブ光１６を照射するためのものである。この光源１１は、点光源であっても線光源であってもよく、ランプ、発光ダイオード、半導体レーザなどのいずれであってもよい。この光源１１は、光変調層１２の周辺部の少なくとも一箇所に設けられる。この光源１１は、光変調層１２の前面に接近する物体１５を正確に検出するためには、最も好適には、光変調層１２の前面の前方から見たときに前面の全面にプローブ光１６が照射されるように設けられる。プローブ光１６の強度は、このプローブ光１６を物体１５に照射したときの散乱光１７が、光変調層１２を透過して透明受光層１３に入射して検出することができる限り、基本的には任意であるが、好適には、可能な限り低く選ばれる。
【００２１】
光変調層１２には、スクリーンから離れた位置にある物体１５に紫外光または赤外光のプローブ１６が照射されたときに発生する散乱光１７が入射するようになっている。この光変調層１２は、光強度の空間変調のための一方向または双方向のマスクとして働く。言い換えると、この光変調層１２は、この光変調層１２に入射した散乱光１７およびディスプレイパネル１４からの光の空間フィルターである。この光変調層１２は、光の透過／非透過を電気信号により個別に制御することができるセル１２ａが２次元アレイ状に配置されたものである。この光変調層１２としては、好適には、複数の液晶セルが２次元アレイ状に配置された液晶パネルが用いられる。液晶セルは、偏光軸が互いに直角に配置された一対の偏光フィルタの間に液晶が挟まれた構造を有する。光変調層１２が液晶パネルである場合には、３次元インタラクティブディスプレイのスクリーンの前面の物体１５からの散乱光１７あるいはディスプレイパネル１４からの光がこの光変調層１２に入射すると、一方の偏光フィルタにより直線偏光の偏光となる。この偏光が液晶を通過すると、この一方の偏光フィルタに対して偏光軸が互いに直交する他方の偏光フィルタによりその透過が妨げられる。各液晶セルに電界を印加することにより、各液晶セル内の液晶分子を特定の方向に配列させることができ、それによって入射光の偏光面を回転させることができる。このため、各液晶セルの透過率を強度変調のために制御することができる。
【００２２】
透明受光層１３は、透明基板１３ａ上に受光素子Ｄ（画素）が２次元アレイ状に配置されたものであり、この２次元アレイ状の受光素子Ｄが形成された面が受光面となる。この透明受光層１３は、この３次元インタラクティブディスプレイのスクリーン面の前方の物体１５に光源１１から紫外光または赤外光からなるプローブ光１６が照射されたときに発生する紫外光または赤外光からなる散乱光１７を検出するためのものである。散乱光１７は光変調層１２により透過を制御することができるため、互いに異なる角度方向からの物体１５の像を受光面に結像させることができる。この場合、受光素子Ｄの吸収スペクトルは、好適には、ディスプレイパネル１４の発光スペクトルと重ならないか、重なっているとしても重なりが最小となるようにする。すなわち、受光素子Ｄの吸収スペクトルは紫外光または赤外光の波長帯に吸収帯が存在するのに対し、ディスプレイパネル１４の発光スペクトルは可視光の波長帯に発光ピークを有する。このため、受光素子Ｄ、したがって透明受光層１３の受光面に結像する像とディスプレイパネル１４に表示される像との間の干渉を防止することができる。受光素子Ｄについては後に詳述する。
【００２３】
ディスプレイパネル１４は、基板１４ａ上に画素Ｐが２次元アレイ状に配置されたものである。このディスプレイパネル１４は、電気信号により画素Ｐを制御して所望の画像を表示するためのものである。このディスプレイパネル１４としては、例えば、ＯＬＥＤディスプレイパネル、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルなどを用いることができるが、これに限定されるものではない。液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルを用いる場合には、その背面にバックライトが設けられる。一例としてこのディスプレイパネル１４が液晶パネルである場合を考える。この場合、光変調層１２、例えば液晶パネルは、単に、物体１５からの散乱光１７の透過を制御するマスクとしての機能を有する一方向の光変調体として働く。光変調層１２のセル１２ａの大きさおよび位置は、ディスプレイパネル１４の画素Ｐの大きさおよび位置と同一であっても同一でなくてもよい。これは、光変調層１２は物体１５からの散乱光１７を用いて物体１５の像を結像するためのものであるのに対し、ディスプレイパネル１４は単に画像の表示のためのものであるからである。したがって、例えば、ディスプレイパネル１４は高解像度に保持しながら、光変調層１２および透明受光層１３は低解像度とすることができる。
【００２４】
［３次元インタラクティブディスプレイの動作］
光変調層１２および透明受光層１３は一体として、レンズレスカメラと考えることができる。スクリーンの前方の物体１５からの散乱光１７は光変調層１２により空間的に光変調され、透明受光層１３により受光されて受光面に結像される。一例を図２Ａに示す。
【００２５】
図２Ａに示すように、最も簡単なレンズレスカメラはピンホールカメラである。光変調層１２のセル１２ａの透過率を制御することによって、ピンホールアレイ、言い換えると、ピンホールカメラアレイを形成することができる。ピンホールマスクの一例の上面図を図２Ｂに示す。図２Ｂに示すように、一つのセル１２ａだけが透明（白色の部分）となっており、他のセル１２ａは不透明（黒色の部分）となっている。ピンホールカメラアレイは、この３次元インタラクティブディスプレイの前面の互いに異なる角度方向からの像を得ることができ、したがって物体１５の３次元的輪郭を再生することができる。さらに、物体１５（例えば、指や手のひらなど）の３次元的ジェスチャーをパターン認識アルゴリズムにより得ることができる。
【００２６】
一方、マスクとしてピンホールを用いることによる欠点は、光変調層１２がほとんど不透明になり、このため、ディスプレイパネル１４からの光のほとんどを遮ってしまうことである。これに関しては、改良されたピンホールカメラ、すなわちいわゆるシールドフィールド法が、画像表示のために比較的大きな透明領域を得ながら、画像を得るのに有効であることが分かっている。マスクパターンの一例は、図３Ａに示すように、１９７８年に提案された改良された一様冗長アレイ（Modified Uniformly Redundant Arrays,ＭＵＲＡ）である（非特許文献４参照。）。コード化されたマスクの上面図の一例を図３Ｂに示す。図３Ｂに示すように、透明（白色の部分）なセル１２ａと不透明（黒色の部分）なセル１２ａとが複雑なパターンを形成している。
【００２７】
パターン化されたマスクはディスプレイパネル１４からの光に対する開口率を極めて大きく増加させることができるが、マスクされた領域は依然として暗くなる。したがって、この場合は、好適には、マスクのダイナミック変調が行われる。パターン化されたマスクのダイナミック変調の例を図４に示す。図４に示すように、透明な領域と不透明な領域とが互いに反転した二つのマスクパターン１およびマスクパターン２間を周期的に切り替えることにより特定のパターンの暗い領域におけるシャドー効果を避けることができる。
【００２８】
次に、３次元インタラクティブディスプレイの省エネモードについて説明する。
３次元インタラクティブディスプレイの輝度の向上および節電のために、光変調層１２の全てのセル１２ａが透明に保持されているスタンバイモードを導入することができる。スタンバイモードにおいては、光変調層１２の全体が透明に保持される。３次元インタラクティブディスプレイのスクリーンに物体１５が接近すると、光源１１からの紫外光または赤外光のプローブ光１６が物体１５で散乱されることにより発生する紫外光または赤外光の散乱光１７が光変調層１２を通って透明受光層１３により検出され、それによって３次元インタラクティブディスプレイは直ちに図４に示すセンシングモードに切り替わる。このスタンバイモードは、取り分け、携帯電話などの携帯デバイスにおいて信号処理の負担の軽減および節電のために用いるのに適している。また、このスタンバイモードにおいてはより高輝度が得られるため、この３次元インタラクティブディスプレイは、映像を見るのに適している。
【００２９】
次に、透明受光層１３の詳細について説明する。
既に述べたように、ディスプレイパネル１４からの可視光との干渉を防止するために、透明受光層１３の受光素子Ｄの吸収スペクトルは、ディスプレイパネル１４からの発光スペクトルと重ならないか、重なったとしても重なりが最小となるようにすることが望ましい。ディスプレイパネル１４からの発光スペクトルおよび受光素子Ｄの吸収スペクトルの一例を図５に示す。
【００３０】
［受光素子Ｄの構成］
受光素子Ｄは、紫外光または赤外光を検出することができるものである限り、基本的にはどのようなものであってもよいが、ここでは、本発明者らが開発した新規な光伝導体を用いた受光素子について説明する。
【００３１】
［光伝導体］
図６はこの光伝導体の第１の例を示す。
図６に示すように、この光伝導体は、ネットワーク状の導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１と、一つまたは複数のタンパク質２２との複合体からなる。タンパク質２２は、長寿命励起状態を有し、発光中心となる色素２２ａがポリペプチド２２ｂに包被され、所定の位置に配向したものである。典型的には、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１とタンパク質２２とは、非共有結合または共有結合により互いに結合している。非共有結合は、例えば、静電相互作用、ファンデルワールス相互作用、水素結合相互作用、電荷移動相互作用などである。導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１とタンパク質２２とは、リンカー（図示せず）により互いに結合してもよい。この光伝導体の全体形状は特に限定されず、必要に応じて選ばれるが、例えば膜状あるいは板状である。また、この光伝導体の表面形状は任意であり、例えば凹面、凸面、凹凸面などのいずれであってよい。さらに、この光伝導体の平面形状は特に限定されず、必要に応じて選ばれるが、例えば、多角形（三角形、四角形、五角形、六角形など）、円形、楕円形などである。
【００３２】
導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１とタンパク質２２との混合比（質量比または重量比）は特に限定されず、光伝導体に持たせる光伝導度などに応じて適宜選ばれるが、一般的には導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１に対してタンパク質２２を多く含ませることにより光伝導度が高くなる。
【００３３】
導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１は、ｐ型であってもｎ型であってもよい。導電性ポリマーは、大きく分けて炭化水素系導電性ポリマーとヘテロ原子含有系導電性ポリマーとがある。炭化水素系導電性ポリマーとしては、例えば、ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアセン、ポリフェニルアセチレン、ポリジアセチレン、ポリナフタレンなどが挙げられる。ヘテロ原子含有系導電性ポリマーとしては、例えば、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリチエニレンビニレン、ポリアズレン、ポリイソチアナフテンなどが挙げられる。
【００３４】
色素２２ａがポリペプチド２２ｂに包被されたタンパク質２２としては、以下の各種のタンパク質に蛍光性を持たせたり、蛍光性を持つ化合物で修飾したりしたものを用いることができる。以下のタンパク質の誘導体（骨格のアミノ酸残基が化学修飾されたもの）またはその変異体（骨格のアミノ酸残基の一部が他のアミノ酸残基に置換されたもの）を用いることもできる。
【００３５】
（１）シトクロムｃ類（電子伝達タンパク質）
シトクロムｃ、シトクロムｃ1 、シトクロムｃ2 、シトクロムｃ3 、シトクロムｃ4 、シトクロムｃ5 、シトクロムｃ6 、シトクロムｃ7 、シトクロムｃ8 、シトクロムｃ’、シトクロムｃ’’、シトクロムｃＬ、シトクロムｃＭ、シトクロムｃＳ、シトクロムｃ544 、シトクロムｃ545 、シトクロムｃ546 、シトクロムｃ547 、シトクロムｃ548 、シトクロムｃ549 、シトクロムｃ550 、シトクロムｃ551 、シトクロムｃ551.5 、シトクロムｃ552 、シトクロムｃ553 、シトクロムｃ554 、シトクロムｃ555 、シトクロムｃ556 、シトクロムｃ557 、シトクロムｃ558 、シトクロムｃ559 、シトクロムｃ560 、シトクロムｃ561 、シトクロムｃ562 、シトクロムｃ563 など。
【００３６】
（２）シトクロムｂ類（電子伝達タンパク質）
シトクロムｂ、シトクロムｂ1 、シトクロムｂ2 、シトクロムｂ3 、シトクロムｂ4 、シトクロムｂ5 、シトクロムｂ6 、シトクロムｂ7 、シトクロムｂ8 、シトクロムｂ9 、シトクロムｂ550 、シトクロムｂ551 、シトクロムｂ552 、シトクロムｂ553 、シトクロムｂ554 、シトクロムｂ555 、シトクロムｂ556 、シトクロムｂ557 、シトクロムｂ558 、シトクロムｂ559 、シトクロムｂ560 、シトクロムｂ561 、シトクロムｂ562 、シトクロムｂ563 、シトクロムｂ564 、シトクロムｂ565 、シトクロムｂ566 、シトクロムｂ567 、シトクロムｂ568 、シトクロムｂ569 、シトクロムＰ４５０など。
【００３７】
（３）シトクロムａ類（電子伝達タンパク質）
シトクロムａ、シトクロムａ１、シトクロムａ２、シトクロムａ３、シトクロムｏ、シトクロムｏ3 など。
【００３８】
（４）その他の電子伝達タンパク質
フェレドキシン、ルブレドキシン、プラストシアニン、アズリン、シュードアズリン、ステラシアニン、チオレドキシンなど。
【００３９】
（５）下記の補酵素を含むタンパク質
ヌクレオチド系：ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（ＮＡＤＨ）、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸（ＮＡＤＰＨ）、フラビンアデニンヌクレオチド（ＦＡＤＨ）、フラビンモノヌクレオチド（ＦＭＮ）など。
キノン系：ユビキノン、プラストキノン、メナキノン、カルダリエキノン、補酵素Ｆ４２０、ロドキノンなど。
ポルフィリン系：ヘム、クロロフィル、フェオフィチン、クロリンなど。
【００４０】
（６）グロビン類
ミオグロビン、ヘモグロビン、ニューログロビン、サイトグロビンなど。
【００４１】
（７）蛍光タンパク質およびその変異種
緑色蛍光タンパク質（ＧＦＰ）、ＤｓＲｅｄ、クサビラオレンジ、ＴａｇＢＦＰ（Ｅｖｒｏｇｅｎ社）、クロンテック社製フルーツ蛍光タンパク質（http://catalog.takara-bio.co.jp/clontech/product/basic＿info.asp?unitid=U100005040）、ＭＢＬ社製CoralHueシリーズ（https://ruo.mbl.co.jp/product/flprotein/）など。
【００４２】
蛍光性を持つ化合物としては、例えば、以下の蛍光色素が挙げられる。
・４−アセトアミド−４’−イソチオシアナトスチルベン−２，２’ジスルホン酸
・アクリジン、アクリジンオレンジ、アクリジンイエロー、アクリジンレッド、アクリジンイソチオシアネートなどのアクリジンおよび誘導体
・５−（２’−アミノエチル）アミノナフタレン−ｌ−スルホン酸（ＥＤＡＮＳ）
・４−アミノ−Ｎ−［３−（ビニルスルホニル）フェニル］ナフタルイミド−３，５ジスルホン酸（ルシファーイエローＶＳ）
・Ｎ−（４−アニリノ−ｌ−ナフチル）マレイミド
・アントラニルアミド
・ブリリアントイエロー
・クマリン、７−アミノ−４−メチルクマリン（ＡＭＣ、クマリン１２０）、７−アミノ−４−トリフルオロメチルクルアリン（７−ａｍｉｎｏ−４−ｔｒｉｆｌｕｏｒｏｍｅｔｈｙｌｃｏｕｌｕａｒｉｎ）（クマラン１５１（ｃｏｕｍａｒａｎ１５１））などのクマリンおよび誘導体
・シアノシン、Ｃｙ３、Ｃｙ５、Ｃｙ５．５およびＣｙ７などのシアニンおよび誘導体
・４’，６−ジアミジノ−２−フェニリンドール（ＤＡＰＩ）
・５’，５”−ジブロモピロガロール−スルホンフタレイン（ブロモピロガロールレッド）
・７−ジエチルアミノ−３−（４’−イソチオシアナトフェニル）−４−メチルクマリン
・ジエチルアミノクマリン
・ジエチレントリアミンペンタアセテート
・４，４’−ジイソチオシアナトジヒドロスチルベン−２，２’ジスルホン酸
・４，４’−ジイソチオシアナトスチルベン−２，２’ジスルホン酸
・５−［ジメチルアミノ］ナフタレン−ｌ−スルホニルクロライド（ＤＮＳ、塩化ダンシル）
・４−（４’−ジメチルアミノフェニルアゾ）安息香酸（ＤＡＢＣＹＬ）
・４−ジメチルアミノフェニルアゾフェニル−４’−イソチオシアネート（ＤＡＢＩＴＣ）
・エオシン、エオシンイソチオシアネートなどのエオシンおよび誘導体
・エリトロシンＢ、エリトロシンイソチオシアネートなどのエリトロシンおよび誘導体
・エチジウム；５−カルボキシフルオレセイン（ＦＡＭ）、５−（４，６−ジクロロトリアジン−２−イル）アミノフルオレセイン（ＤＴＡＦ）、２’７’−ジメトキシ−４’５’−ジクロロ−６−カルボキシフルオレセイン（ＪＯＥ）、フルオレセインイソチオシアネート（ＦＩＴＣ）、フルオレセインクロロトリアジニル、ナフトフルオレセイン、ＱＦＩＴＣ（ＸＲＩＴＣ）などのフルオレセインおよび誘導体
・フルオレサミン
・ＩＲ１４４
・ＩＲ１４４６
・緑色蛍光タンパク質（ＧＦＰ）
・サンゴ礁由来蛍光タンパク質（ＲＣＦＰ）
・リサミン（商標）
・リサミンローダミン、ルシファーイエロー
・マラカイトグリーンイソチオシアネート
・４−メチルウンベリフェロン
・オルトクレゾールフタレイン
・ニトロチロシン
・パラローズアニリン
・ナイルレッド
・オレゴングリーン
・フェノールレッド
・Ｂ−フィコエリトリン
・ｏ−フタルジアルデヒド
・ピレン、ピレン酪酸、１−ピレン酪酸スクシンイミジルなどのピレンおよび誘導体
・リアクティブレッド４（シバクロン（商標）ブリリアントレッド３Ｂ−Ａ）
・６−カルボキシ−Ｘ−ローダミン（ＲＯＸ）、６−カルボキシローダミン（Ｒ６Ｇ）、４，７−ジクロロローダミンリサミン、塩化ローダミン−Ｂ−スルホニル、ローダミン（Ｒｈｏｄ）、ローダミンＢ、ローダミン１２３、ローダミンＸイソチオシアネート、スルホロダミンＢ、スルホロダミン１０１、スルホロダミン１０１の塩化スルホニル誘導体（テクサスレッド）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−６−カルボキシローダミン（ＴＡＭＲＡ）、テトラメチルローダミン、イソチオシアン酸テトラメチルローダミン（ＴＲＩＴＣ）などのローダミンおよび誘導体
・リボフラビン
・ロゾール酸およびテルビウムキレート誘導体
・キサンテン
・上記の組合せ
上記以外に、当業者に知られている他の蛍光色素、例えばＭｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｒｏｂｅｓ社（米国オレゴン州ユージン（Ｅｕｇｅｎｅ））およびＥｘｃｉｔｏｒｓ社（米国オハイオ州デイトン（Ｄａｙｔｏｎ））から購入可能なもの、またはそれらの組み合わせも使用してよい。
【００４３】
この光伝導体は、この光伝導体を機械的に支持するためなどの目的により、必要に応じて基板上に形成される。基板としては従来公知のものを用いることができ、必要に応じて選ばれ、透明基板であっても不透明基板であってもよい。透明基板の材料は必要に応じて選ばれるが、例えば、石英やガラスなどの透明無機材料や透明プラスチックなどが挙げられる。フレキシブルな透明基板としては透明プラスチック基板が用いられる。透明プラスチックとしては、例えば、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンナフタラート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフッ化ビニリデン、アセチルセルロース、ブロム化フェノキシ、アラミド類、ポリイミド類、ポリスチレン類、ポリアリレート類、ポリスルホン類、ポリオレフィン類などが挙げられる。不透明基板としては例えばシリコン基板が用いられる。
【００４４】
図７に、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１とタンパク質２２とが非共有結合により互いに結合している様子の一例を模式的に示す。また、図８に、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１とタンパク質２２とがリンカー２３により互いに結合している様子の一例を模式的に示す。
【００４５】
リンカー２３としては従来公知のものを用いることができ、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１とタンパク質２２とに応じて適宜選ばれるが、具体的には、例えば、次のようなものを用いることができる。
【００４６】
（１）導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１とタンパク質２２とをアミン−アミン結合で結合するもの
・グルタルアルデヒド（反応基はアルデヒド基）
【化１】
・ＤＳＧ（反応基はＮＨＳエステル、分子量３２６．２６、スペーサアーム長７．７Å）
【化２】
・ＢＳ（ＰＥＧ）5 （反応基はＮＨＳエステル、ＰＥＧスペーサ、分子量５３２．５０）
【化３】
・ＢＳ（ＰＥＧ）9 （反応基はＮＨＳエステル、ＰＥＧスペーサ、分子量７０８．７１）
【化４】
・ＤＳＰ（反応基はＮＨＳエステル、チオール開裂可、分子量４０４．４２、スペーサアーム長１２．０Å）
【化５】
・ＤＳＴ（反応基はＮＨＳエステル、ｍｉｓｃ開裂可、分子量３４４．２４、スペーサアーム長６．４Å）
【化６】
・ＤＭＡ（反応基はイミドエステル、分子量２４５．１５、スペーサアーム長８．６Å）
【化７】
・ＤＴＢＰ（反応基はイミドエステル、チオール開裂可、分子量３０９．２８、スペーサアーム長１１．９Å）
【化８】
・ＨＢＶＳ（vinylsulfone）（分子量２６６．３８、スペーサアーム長１４．７Å）
【化９】
【００４７】
（２）導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１とタンパク質２２とをアミン−メルカプト（あるいはスルフヒドリル）結合で結合するもの
・ＢＭＰＳ（反応基はＮＨＳエステル／マレイミド、分子量２６６．２１、スペーサアーム長５．９Å）
【化１０】
・ＳＭ（ＰＥＧ）n （反応基はＮＨＳエステル／マレイミド、ＰＥＧスペーサ）
【化１１】
・ＳＭ（ＰＥＧ）2 （反応基はＮＨＳエステル／マレイミド、ＰＥＧスペーサ、ｎ＝２、４、６、８、１２、２４）
【化１２】
・ＳＭＰＴ（反応基はＮＨＳエステル／ピリジルジチオール、開裂可、分子量３８８．４６、スペーサアーム長２０．０Å）
【化１３】
・ＳＩＡ（反応基はＮＨＳエステル／ハロアセチル、分子量２８３．０２、スペーサアーム長１．５Å）
【化１４】
【００４８】
（３）導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１とタンパク質２２とをアミン−カルボキシ結合で結合するもの
・ＥＤＣ（反応基はカルボジイミド、分子量１９１．７０）
【化１５】
【００４９】
（４）導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１とタンパク質２２とをメルカプト（あるいはスルフヒドリル）−カルボハイドレート結合で結合するもの
・ＢＭＰＨ（反応基はマレイミド／ハイドラザイド、分子量２９７．１９、スペーサアーム長８．１Å）
【化１６】
【００５０】
（５）ポリマーネットワーク２１とタンパク質２２とをヒドロオキシル−メルカプト（あるいはスルフヒドリル）結合で結合するもの
・ＰＭＰＩ（反応基はイソシアネート／マレイミド、分子量２１４．１８、スペーサアーム長８．７Å）
【化１７】
【００５１】
この光伝導体には、光伝導体全体の機械的強度の向上を図るために、必要に応じて、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１に加えて、機械的強度に優れた一種または二種以上の他のポリマーを混合してもよい。こうすることで、光伝導体の機械的強度の向上を図るために、この光伝導体を機械的支持用の基板上に形成する必要がなくなる。あるいは、この光伝導体には、この光伝導体を形成するときに用いる溶液または懸濁液の粘度を調整するために、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１に加えて、粘度調整用の一種または二種以上の他のポリマーが混合されることもある。この粘度調整用のポリマーは、この光伝導体全体の吸収波長の光に対して透明であること、光伝導体形成用の溶液または懸濁液にこの粘度調整用のポリマーを加えることにより粘度が増加すること、絶縁性で安定であることなどが必要である。あるいは、この光伝導体には、この光伝導体の耐酸化性や耐湿性の向上を図るために、耐酸化性や耐湿性に優れた一種または二種以上の他のポリマーを混合してもよい。これらの目的で用いられる他のポリマーとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ−４−ビニルフェノール（poly-4-vinyl phenol,ＰＶＰ）などを用いることができるが、これに限定されるものではない。
【００５２】
［光伝導体の製造方法］
この光伝導体の製造方法について説明する。
図７に示す光伝導体を製造するためには、まず、溶媒に導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１およびタンパク質２２を溶かして混合する。溶媒としては水や有機溶媒などを用いることができ、必要に応じて選ばれる。こうして得られた溶液を基板上に塗布する。塗布方法としては、ディップコーティング、スピンコーティング、バーコーティング、インクジェット印刷などを挙げることができ、必要に応じて選ばれる。基板の表面形状は問わず、平面、曲面などのいずれであってもよい。次に、基板から溶媒を蒸発させる。こうして、基板上に光伝導体が形成される。
【００５３】
図８に示す光伝導体を製造するためには、まず、溶媒に導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１とタンパク質２２とを溶かして混合する。導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１に加えて他のポリマーも用いる場合には、溶媒にこの他のポリマーも混合する。溶媒としては水や有機溶媒などを用いることができ、必要に応じて選ばれる。次に、こうして得られた溶液にリンカー２３を添加し、このリンカー２３により導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１とタンパク質２２とを共有結合により結合させて析出させる。この後、未反応のリンカー２３とリンカー２３により結合していない導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１ならびにタンパク質２２とを除去する。こうして、基板上に光伝導体が形成される。
【００５４】
図７に示す光伝導体は次のようにして製造することもできる。この製造方法では、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１を電気化学的重合法（電解重合法）により形成する。すなわち、まず、図９に示すように、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１を形成するためのモノマー２１ａおよび色素２２ａを溶媒に溶かして混合する。こうして得られた溶液に電極２４（作用電極）を浸漬して電位掃引を行うことにより、電極２４の表面に複数のモノマー２１ａが重合した導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１を形成するとともに、色素２２ａを導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１に結合させる。次に、図１０に示すように、こうして得られたポリマー溶液に、アポタンパク質（ポリペプチド）２５を混合する。そして、このポリマー溶液の状態（ｐＨ、温度など）を調節することにより、アポタンパク質２５が再度フォールディング（refold）して色素２２ａを包被する。こうして、ポリペプチド２１ａにより色素２２ａが包被されたタンパク質２２が形成される。その後、溶媒および未反応のモノマー２１ａを除去することにより、電極２４上に光伝導体が形成される。
【００５５】
図１１はこの光伝導体の第２の例を示す。
図１１に示すように、この光伝導体は、基板２６上に多層積層されたタンパク質２２とネットワーク状の導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１との複合体からなる。図１１においては、タンパク質２２が三層積層された例が示されているが、これに限定されるものではなく、タンパク質２２の積層数は必要に応じて選ばれる。基板２６は、必要に応じて選ばれる。
【００５６】
導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１、タンパク質２２および基板２６の一例を挙げると、次の通りである。導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１はｐ型のポリアニリンスルホン酸（ＰＡＳＡ）
【化１８】
やポリ［２−メトキシ−５−（２’−エチル−ヘキシルオキシ）−１，４−フェニレン
ビニレン］（poly［2-methoxy-5-(2’-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylene vinylene ］，ＭＥＨ−ＰＰＶ）
【化１９】
やポリ（３−ヘキシルチオフェン）（poly(3-hexylthiophene)，Ｐ３ＨＴ）
【化２０】
などである。なお、ｎ型の導電性ポリマーおよび／または高分子半導体としては、例えば、Poly(p-pyridyl vinylene)Poly(isothianaphthene)を用いることができる。タンパク質２２の一例を挙げると亜鉛置換シトクロムｃである。基板２６の一例を挙げるとインジウム−スズ複合酸化物（ＩＴＯ）基板である。
【００５７】
［光伝導体の製造方法］
この光伝導体の製造方法について説明する。
導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１を溶媒に溶かしたポリマー溶液およびタンパク質２２を溶媒に溶かしたタンパク質溶液（例えば、ｐＨ５．０）をそれぞれ調製する。溶媒としては水や有機溶媒などを用いることができ、必要に応じて選ばれる。
【００５８】
まず、基板２６をタンパク質溶液に浸漬したり、基板２６上にタンパク質溶液を塗布したりした後、溶媒を除去して一層目のタンパク質２２を形成する。次に、こうして一層目のタンパク質２２が形成された基板２６をポリマー溶液に浸漬したり、基板２６上にポリマー溶液を塗布したりする。このとき、一層目のタンパク質２２の表面の電荷とこの電荷と逆極性の電荷を有する部分の導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１との間に静電引力が働き、この静電引力によりタンパク質２２と導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１とが結合する。
【００５９】
次に、溶媒を除去した後、一層目のタンパク質２２および導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１が形成された基板２６を再びタンパク質溶液に浸漬したり、基板２６上にタンパク質溶液を塗布したりする。このとき、基板２６上に形成された導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１の表面の電荷とこの電荷と逆極性を有する部分のタンパク質２２との間に静電引力が働き、この静電引力により導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１とその上のタンパク質２２とが結合する。次に、溶媒を除去した後、同様にして再び導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１を形成する。このプロセスを必要な回数繰り返し行って、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１ならびにタンパク質２２を必要な層数だけ積層する。
【００６０】
図１２は新規な光伝導体を用いた受光素子Ｄを示す。
図１２に示すように、この受光素子Ｄにおいては、光伝導体２７のネットワーク状の導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１が、互いに異なる部位でそれぞれ第１の電極２８および第２の電極２９と電気的に接続されている。例えば、光伝導体２７が第１の電極２８および第２の電極２９の両方に跨がるようにして形成され、この光伝導体２７が第１の電極２８および第２の電極２９と接触する部分で導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１が第１の電極２８および第２の電極２９と電気的に接続される。第１の電極２８と第２の電極２９との間の距離は特に限定されず、必要に応じて選ばれるが、例えば、１μｍ以上３０μｍ以下、典型的には５μｍ以上２０μｍ以下、例えば１０μｍである。第１の電極２８および第２の電極２９の材料としては従来公知の導電材料を用いることができ、必要に応じて選ばれるが、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）および白金（Ｐｔ）からなる群より選ばれた少なくとも一種の金属からなる純金属または合金を用いることができる。第１の電極２８および第２の電極２９を透明に構成する場合、透明電極材料としては、例えば、ＩＴＯ（インジウム−スズ複合酸化物）、ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化スズ）、ネサガラス（ＳｎＯ2 ガラス）などの透明金属酸化物のほか、光の透過が可能な極薄い金属膜、例えばＡｕ膜などを用いることができる。第１の電極２８および第２の電極２９を透明に構成し、以下のように基板を用いる場合にはその基板も透明に構成することにより、透明受光素子を得ることができる。
【００６１】
この受光素子Ｄは、この受光素子Ｄを機械的に支持するためなどの目的により、必要に応じて基板上に形成される。具体的には、基板上に光伝導体２７、第１の電極２８および第２の電極２９が形成される。基板としては従来公知のものを用いることができ、必要に応じて選ばれ、透明基板であっても不透明基板であってもよい。透明基板の材料は必要に応じて選ばれるが、例えば、石英やガラスなどの透明無機材料や透明プラスチックなどが挙げられる。フレキシブルな透明基板としては透明プラスチック基板が用いられる。透明プラスチックとしては、例えば、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンナフタラート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフッ化ビニリデン、アセチルセルロース、ブロム化フェノキシ、アラミド類、ポリイミド類、ポリスチレン類、ポリアリレート類、ポリスルホン類、ポリオレフィン類などが挙げられる。不透明基板としては例えばシリコン基板が用いられる。
【００６２】
図１３に受光素子Ｄの具体的な構成例を示す。図１３に示すように、この受光素子Ｄにおいては、基板２６上に第１の電極２８および第２の電極２９が互いに離れて形成され、これらの第１の電極２８および第２の電極２９の両方に跨がって光伝導体２７が形成されている。
【００６３】
［受光素子Ｄの製造方法］
この受光素子Ｄの製造方法について説明する。
まず、基板２６上に第１の電極２８および第２の電極２９を形成する。第１の電極２８および第２の電極２９を形成するためには、例えば、基板２６上に導電材料からなる膜を形成した後、この膜をリソグラフィーおよびエッチングによりパターニングする。
【００６４】
次に、こうして第１の電極および第２の電極が形成された基板２６上に上記と同様にして光伝導体２７を形成する。
以上により、目的とする受光素子Ｄが製造される。
【００６５】
［受光素子Ｄの動作］
図１３を参照してこの受光素子Ｄの動作を説明する。
この受光素子Ｄにおいては、光が照射されていないとき（暗状態）には、光伝導体２７を構成する導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１ならびにタンパク質２２ともに絶縁体であり、したがって光伝導体２７は絶縁体である。
【００６６】
一方、この受光素子Ｄの光伝導体２７に、タンパク質２２の色素２２ａの励起に必要な光子エネルギーを有する光が照射されると、色素２２ａが励起されて電子−正孔対（励起子）が発生する。こうして発生した電子−正孔対のうちの電子または正孔は色素２２ａから、タンパク質２２に形成された経路を通って導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１に注入される（光ドーピング）。こうして電子または正孔が注入されると、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１の電気伝導度は急激に増加し、ひいては光伝導体２７の電気伝導度が急激に増加する。このとき、第１の電極２８と第２の電極２９との間にバイアス電圧が印加されていると、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１に注入された正孔または電子は、第１の電極２８および第２の電極２９のうちの電位が低い方または高い方に移動し、第１の電極２８と第２の電極２９との間に光電流が流れる。例えば、第１の電極２８と第２の電極２９との間に第１の電極２８の方が電位が高くなるようにバイアス電圧が印加されている場合には、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１に注入された正孔は第２の電極２９に移動し、第１の電極２８から第２の電極２９に光電流が流れる。光電流は光伝導体２７に照射される光の強度が高いほど多くなる。第１の電極２８と第２の電極２９との間にバイアス電圧が印加されていないとき（バイアス電圧＝０）には、光伝導体２７に光が照射されても、第１の電極２８と第２の電極２９との間に光電流は流れない。第１の電極２８と第２の電極２９との間に流れる光電流の向きは、第１の電極２８と第２の電極２９との間に印加するバイアス電圧の極性により制御することができる。また、光伝導体２７に入射する光の強度を一定とすると、第１の電極２８と第２の電極２９との間に流れる光電流は、入射光の波長および第１の電極２８と第２の電極２９との間に印加するバイアス電圧によって制御することができる。
【００６７】
この場合、タンパク質２２同士はその外殻のポリペプチド２２ａにより互いに絶縁されているため、タンパク質２２間で電子と正孔とが再結合して消滅してしまうのを防止することができる。このため、光伝導体２７に入射した光により色素２２ａで発生する電子−正孔対の光電流に対する寄与度の大幅な向上を図ることができる。加えて、光伝導体２７に光が照射されていない暗状態で第１の電極２８と第２の電極２９との間に流れるリーク電流（暗電流）の大幅な低減を図ることができる。
【００６８】
［受光素子Ｄの光電流発生実験］
受光素子Ｄを作製し、光電流発生実験を行った。
受光素子Ｄは次のようにして作製した。
【００６９】
図１４に示すように、大きさが１５ｍｍ×２５ｍｍで厚さが１ｍｍのガラス基板３０上に所定形状の一対のＩＴＯ電極３１、３２を形成した。これらのＩＴＯ電極３１、３２は第１の電極２８および第２の電極２９に対応する。ＩＴＯ電極３１、３２の各部の寸法は図１４に示す通りである。ＩＴＯ電極３１、３２の厚さは１００ｎｍである。図１５に示すように、これらのＩＴＯ電極３１、３２のそれぞれの先端部はくし型電極部３１ａ、３２ａを有し、これらのくし型電極部３１ａ、３２ａが互いに噛み合って、所定の距離離れて互いに対向している。このくし型電極部３１ａ、３２ａにおける電極ピッチは２０μｍ、電極間距離は１０μｍである。くし型電極部３１ａ、３２ａの全体の面積は４ｍｍ×４ｍｍ＝１６ｍｍ2 である。
【００７０】
ウマ心筋シトクロムｃの中心金属の鉄を亜鉛で置換した亜鉛置換シトクロムｃを調製した。この亜鉛置換シトクロムｃを水に溶かして０．７３ｍＭのタンパク質溶液を調製した。また、ポリアニリンスルホン酸（ＰＡＳＡ）を水に溶かして５．１ｍｇ／ｍＬのＰＡＳＡ溶液を調製した。
【００７１】
こうして調製したＰＡＳＡ溶液を水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）で中和してＰＡＳＡナトリウム塩溶液を得た。ＰＡＳＡナトリウム塩は下記の式で表される。
【化２１】
次に、こうして調製されたＰＡＳＡナトリウム塩溶液を上記のタンパク質溶液に添加してタンパク質−ポリマー水溶液を調製した。このタンパク質−ポリマー水溶液における亜鉛置換シトクロムｃとＰＡＳＡナトリウム塩との重量比は１０：１である。このタンパク質−ポリマー水溶液の亜鉛置換シトクロムｃの濃度は約０．６ｍＭであった。次に、こうして調製したタンパク質−ポリマー水溶液をディッピング法により、くし型電極部３１ａ、３２ａ上に塗布した。ディッピング後、ＩＴＯ電極３１、３２を真空中に約３時間保持することにより水を除去した。その後、ＩＴＯ電極３１、３２を試験前に一晩乾燥容器中に保管した。
【００７２】
この受光素子を用いて室温で波長３８０〜６００ｎｍの光電流アクションスペクトルを測定した。ＩＴＯ電極３１、３２間に印加する電圧は−１０００ｍＶから＋１０００ｍＶ間で２５０Ｖずつ変化させた。得られた光電流アクションスペクトルを図１６Ａに示す。光電流アクションスペクトルの極大は、亜鉛置換シトクロムｃの溶液吸収スペクトルと同様、４０８、５４０、５７８ｎｍに見られ、これは、電気伝導度の変化は亜鉛置換シトクロムｃに由来することを示す。波長４０８ｎｍは可視光の波長帯の紫外端波長である。波長を４０８ｎｍに固定したときの光電流Ｉp のバイアス電圧依存性を図１６Ｂに示す。図１６Ｂに示すバイアス電圧依存性は光伝導体の性質を示している。図１６Ｂのバイアス電圧依存性はまた、この受光素子の光に対する感度をバイアス電圧の調節によって変化させることができることを示す。このため、例えば、微弱光を検出する際には、バイアス電圧を大きくして感度を高くし、逆に強い光を検出する際には、バイアス電圧を小さくして感度を低くすることにより、増幅器の飽和を防ぐことができる。なお、波長５４０、５７８ｎｍのピークは可視光の波長にあるが、これらのピークは光電流検出の際に所定のしきい値電流を設定することにより無視することができる。
【００７３】
光伝導体２７において、色素２２ａを含むタンパク質２２を用いることによる利点を検証するために、比較実験を行った。そのために、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１と色素２２ａとの複合体をくし型電極部３１ａ、３２ａ上に形成した試料（試料１）と、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１とタンパク質２２との複合体をくし型電極部３１ａ、３２ａ上に形成した試料（試料２）とを作製した。
【００７４】
導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１と色素２２ａとの複合体をくし型電極部３１ａ、３２ａ上に形成した試料１は次のようにして作製した。
【００７５】
色素２２ａとして亜鉛プロトポルフィリン（ＺＰＰ）を１−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）に溶かして２ｍｇ／ｍＬの色素溶液を調製した。また、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）をＮＭＰに溶かして２ｍｇ／ｍＬのＰＡＮＩ溶液を調製した。次に、このＰＡＮＩ溶液を上記の色素溶液に添加して色素−ポリマー水溶液を調製した。この色素−ポリマー水溶液におけるＺＰＰとＰＡＮＩとの重量比は１０：１である。次に、こうして調製した色素−ポリマー水溶液をＰＡＮＩ濃度が０．２４ｍｇ／ｍＬとなるように希釈した後、ディッピング法により、くし型電極部３１ａ、３２ａ上に塗布した。ディッピング後、ＩＴＯ電極３１、３２を真空中に４８時間保持することにより水およびＮＭＰを除去した。その後、ＩＴＯ電極３１、３２を試験前に一晩乾燥容器中に保管した。
【００７６】
導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１とタンパク質２２との複合体をくし型電極部３１ａ、３２ａ上に形成した試料２は次のようにして作製した。
【００７７】
亜鉛置換シトクロムｃを水に溶かして０．７３ｍＭのタンパク質溶液を調製した。また、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）をＮＭＰに溶かして２ｍｇ／ｍＬのＰＡＮＩ溶液を調製した。次に、このＰＡＮＩ溶液を上記のタンパク質溶液に添加してタンパク質−ポリマー水溶液を調製した。このタンパク質−ポリマー水溶液における亜鉛置換シトクロムｃとＰＡＮＩとの重量比は１０：１である。次に、こうして調製したタンパク質−ポリマー水溶液をＰＡＮＩ濃度が０．２４ｍｇ／ｍＬとなるように希釈した後、ディッピング法により、くし型電極部３１ａ、３２ａ上に塗布した。ディッピング後、電極を真空中に４８時間保持することにより水およびＮＭＰを除去した。その後、ＩＴＯ電極３１、３２を試験前に一晩乾燥容器中に保管した。
【００７８】
試料１、２を用いて室温で波長３８０〜６００ｎｍの光電流アクションスペクトルを測定した。ＩＴＯ電極３１、３２間に印加する電圧は１００ｍＶ、２００ｍＶ、４００ｍＶ、８００ｍＶ、１６００ｍＶに変えた。試料１、２について得られた光電流アクションスペクトルをそれぞれ図１７および図１８に示す。図１７に示すように、試料１では、ソーレー帯（４２８ｎｍ）のピークおよびＱ帯のピーク（５５０ｎｍおよび５８０ｎｍ）が観察される。また、図１８に示すように、試料２では、ソーレー帯（４０８ｎｍ）のピークおよびＱ帯のピーク（５５０ｎｍおよび５８０ｎｍ）が観察される。
【００７９】
試料１、２から得られる光電流Ｉp のバイアス電圧依存性を図１９Ａに、試料１、２のオン／オフ比のバイアス電圧依存性を図１９Ｂに示す。図１９ＡおよびＢから明らかなように、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１とタンパク質２２との複合体を用いた試料２は、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１と色素２２ａとの複合体を用いた試料１と比べて、光電流値およびオン／オフ比とも、格段に優れている。
【００８０】
導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１とタンパク質２２との複合体からなる光伝導体２７を用いた試料２に正負のバイアス電圧を印加したときの挙動を確認するために、−８００ｍＶ〜＋８００ｍＶのバイアス電圧をＩＴＯ電極３１、３２間に印加した。そのときの光電流アクションスペクトルを図２０に示す。図２０から明らかなように、ＩＴＯ電極３１、３２間に印加するバイアス電圧が＋８００ｍＶのときと−８００ｍＶのときとで光電流の符号が逆で対称的になっている。
【００８１】
［光伝導体２７に導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１に加えて他のポリマーを添加した例］
導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１に加えて他のポリマーを添加したときの影響を検証するために、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１としてＭＥＨ−ＰＰＶ、他のポリマーとして下記の構造式で表されるＰＭＭＡを用いた。
【化２２】
実験の都合上、タンパク質２２の代わりに［６，６］−フェニル−Ｃ６１−酪酸メチルエステル（［6,6 ］-Phenyl-C61-Butyric Acid Methyl Ester,ＰＣＢＭ）を用いた。これらのＭＥＨ−ＰＰＶ、ＰＭＭＡおよびＰＣＢＭを用いて光伝導体を形成した。ＰＣＢＭを用いることにより、光伝導体の形成時に１５０℃以上の温度で乾燥を行うことができることから、光伝導体の形成に要する時間の大幅な短縮を図ることができる。この光伝導体を用いて図１４に示すものと同様な受光素子を形成した。ＰＭＭＡの添加量を変えて光伝導体を形成し、受光素子を形成した。これらの受光素子のＩＴＯ電極３１、３２間に８Ｖのバイアス電圧を印加した状態で波長５５０ｎｍの光を照射し、光電流Ｉp を測定した。その結果を図２１に示す。図２１の横軸は光伝導体におけるＰＭＭＡに対する（ＭＥＨ−ＰＰＶ＋ＰＣＢＭ）の質量比である。図２１から分かるように、（ＭＥＨ−ＰＰＶ＋ＰＣＢＭ）／ＰＭＭＡ質量比が約８以上、言い換えると、光伝導体に占めるＰＭＭＡの質量の割合が約１１％以下では光電流Ｉp はほぼ一定であり、ＰＭＭＡの添加による光電流Ｉp の減少は観測されない。
【００８２】
［受光素子アレイの第１の例］
透明受光層１３に形成する受光素子アレイの第１の例について説明する。
図２２はこの受光素子アレイを示す。図２２に示すように、この受光素子アレイにおいては、例えばガラス基板などの基板（図示せず）上に２次元アレイ状（マトリックス状）に受光素子Ｄが設けられている。ここでは、４×４配列で合計１６個の受光素子Ｄが設けられている場合について説明するが、これに限定されるものではなく、受光素子Ｄの配列パターンや個数などは必要に応じて選択される。各受光素子Ｄにおいては、例えばＩＴＯなどからなる電極３５、３６が互いに離れて対向している。図示は省略するが、各受光素子Ｄにおいては、電極３５、３６を覆うように、かつこれらの電極３５、３６と電気的に接続されて光伝導体が設けられている。第１列の各受光素子Ｄの電極３５の両端には電極Ｅ1 の細線部が接続され、第２列の各受光素子Ｄの電極３５には電極Ｅ2 の細線部が接続され、第３列の各受光素子Ｄの電極３５には電極Ｅ3 の細線部が接続され、第４列の各受光素子Ｄの電極３５には電極Ｅ4 の細線部が接続されている。また、第１行の各受光素子Ｄの電極３６には電極Ｅ5 の図示省略した細線部が接続され、第２行の各受光素子Ｄの電極３６には電極Ｅ6 の図示省略した細線部が接続され、第３行の各受光素子Ｄの電極３６には電極Ｅ7 の図示省略した細線部が接続され、第４行の各受光素子Ｄの電極３６には電極Ｅ8 の図示省略した細線部が接続されている。基板の形状および大きさは必要に応じて選ばれるが、形状は例えば正方形または長方形である。電極３５、３６および電極Ｅ1 〜Ｅ8 の形状および各部の寸法は必要に応じて選ばれる。また、電極Ｅ1 〜Ｅ8 の材料は必要に応じて選ばれるが、例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｕなどである。各受光素子Ｄの大きさの一例を挙げると、３．５ｍｍ×３．５ｍｍである。
【００８３】
〈受光素子Ｄの他の例〉
図２３は受光素子Ｄの他の例を示す。この受光素子Ｄは電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）型受光素子である。
図２３に示すように、このＦＥＴ型の受光素子Ｄにおいては、透明基板４１上に透明導電層４２が設けられ、その上に光伝導体４３が設けられている。この光伝導体４３上に所定形状のゲート絶縁膜４４が設けられ、その上に所定形状のゲート電極４５が設けられている。これらのゲート絶縁膜４４およびゲート電極４５は透明に構成される。ゲート絶縁膜４４の両側の部分における光伝導体４３上にソース電極４６およびドレイン電極４７が設けられている。
【００８４】
透明基板４１としては、例えば、透明基板１３ａと同様なものを用いることができる。透明基板４１は透明基板１３ａそのものであってもよいし、透明基板１３ａ上に設けたものであってもよい。透明導電層４２は、例えば、ＩＴＯ、ＦＴＯ、グラフェンなどからなる。光伝導体４３は光伝導体２７と同様である。ゲート絶縁膜４４は、例えば、ＳｉＯ2 膜などからなる。ゲート電極４５、ソース電極４６およびドレイン電極４７は、例えば、第１の電極２８および第２の電極２９と同様な透明材料からなる。
【００８５】
このＦＥＴ型の受光素子Ｄにおいては、光が照射されていないとき（暗状態）には、ゲート電極４５に、ゲート絶縁膜４４と光伝導体４３との界面の近傍における光伝導体４３中に伝導チャネルを形成するのに必要な電圧（ゲート電圧）が印加されたとしても、光伝導体４３中の自由電荷密度（キャリア密度）が非常に低いため、光伝導体４３とゲート絶縁膜４４との界面の近傍の光伝導体４３中に伝導チャネルが形成されない。このため、ソース電極４６とドレイン電極４７との間に光電流は流れない。
【００８６】
一方、この受光素子Ｄの光伝導体４３に、タンパク質２２の色素２２ａの励起に必要な光子エネルギーを有する光が照射されると、色素２２ａが励起されて電子−正孔対（励起子）が発生する。こうして発生した電子−正孔対のうちの電子または正孔は色素２２ａから、タンパク質２２に形成された経路を通って導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１に注入される（光ドーピング）。こうして電子または正孔が注入されると、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１中の自由電荷密度（キャリア密度）が急激に増加する。このため、ソース電極４６とドレイン電極４７との間にバイアス電圧が印加され、かつ、ゲート電極４５に、ゲート絶縁膜４４と光伝導体４３との界面の近傍における光伝導体４３中に伝導チャネルを形成するのに必要なゲート電圧が印加されると、ゲート絶縁膜４４と光伝導体４３との界面の近傍における光伝導体４３中に伝導チャネルが形成される。これによって、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１に注入された正孔または電子は、例えば図２３中矢印で示すように、ソース電極４６およびドレイン電極４７のうちの電位が低い方または高い方に移動し、ソース電極４６とドレイン電極４７との間に光電流が流れる。例えば、ソース電極４６とドレイン電極４７との間にソース電極４６の方が電位が高くなるようにバイアス電圧が印加されている場合には、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１に注入された正孔はドレイン電極４７に移動し、ソース電極４６からドレイン電極４７に光電流が流れる。光電流は光伝導体４３に照射される光の強度が高いほど多くなる。ソース電極４６とドレイン電極４７との間にバイアス電圧が印加されていないとき（バイアス電圧＝０）には、光伝導体４３に光が照射されても、ソース電極４６とドレイン電極４７との間に光電流は流れない。ソース電極４６とドレイン電極４７との間に流れる光電流の向きは、ソース電極４６とドレイン電極４７との間に印加するバイアス電圧の極性により制御することができる。また、光伝導体４３に入射する光の強度を一定とすると、ソース電極４６とドレイン電極４７との間に流れる光電流は、入射光の波長およびソース電極４６とドレイン電極４７との間に印加するバイアス電圧によって制御することができる。
【００８７】
〈受光素子アレイの第２の例〉
図２４Ａは受光素子アレイの第２の例を示す回路図、図２４Ｂはこの受光素子アレイの要部の断面図である。この受光素子アレイは、液晶ディスプレイと同様に画素選択用スイッチングトランジスタとして薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いる受光素子Ｄの２次元アレイである。この受光素子アレイは、従来公知のフラットパネルディスプレイの製造技術を組み合わせることよって大面積のものを容易に形成することができる。
【００８８】
図２４ＡおよびＢに示すように、この受光素子アレイにおいては、ガラスなどからなる透明基板５１上に透明電極５２および光伝導体５３が順次設けられている。光伝導体５３上に透明な上部電極Ｅが各受光素子Ｄ毎に設けられている。言い換えると、各受光素子Ｄは、光伝導体５３が透明電極５２および上部電極Ｅにより挟まれた構造を有する。この受光素子Ｄが２次元アレイ状に配列されて受光素子アレイが形成されている。この受光素子アレイにおいては、行選択線Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、…および列選択線Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、…が設けられている。行選択線Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、…と列選択線Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、…との交差部にｎチャネルＴＦＴからなる画素選択用のスイッチングトランジスタＴが形成されている。より詳細には、行選択線Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、…のそれぞれは行方向の各スイッチングトランジスタＴのソース電極に接続され、列選択線Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、…は列方向の各スイッチングトランジスタＴのゲート電極に接続されている。上部電極Ｅは、各スイッチングトランジスタＴのドレイン電極に接続されている。行選択線Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、…はそれぞれ電流入力アナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換ＩＣ５４、５５、５６、…に接続されている。スイッチングトランジスタＴは従来公知の技術によって形成することができ、使用材料も問わない。
【００８９】
この受光素子アレイにおいては、光が照射されていないとき（暗状態）には、光伝導体５３を構成する導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１ならびにタンパク質２２ともに絶縁体であり、したがって光伝導体５３は絶縁体である。
【００９０】
一方、受光素子Ｄの光伝導体５３に、タンパク質２２の色素２２ａの励起に必要な光子エネルギーを有する光が照射されると、色素２２ａが励起されて電子−正孔対（励起子）が発生する。こうして発生した電子−正孔対のうちの電子または正孔は色素２２ａから、タンパク質２２に形成された経路を通って導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１に注入される（光ドーピング）。こうして電子または正孔が注入されると、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体２１の電気伝導度は急激に増加し、ひいては光伝導体５３の電気伝導度が急激に増加する。
【００９１】
例えば、透明電極５２に所定の正電圧を印加しておく。今、列選択線Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、…から選択された一つの列選択線に所定の正のゲート電圧を印加し、行選択線Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、…から選択された一つの行選択線は例えば接地電位とする。このとき、列選択線Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、…から選択された一つの列選択線と行選択線Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、…から選択された一つの行選択線との交差部のスイッチングトランジスタＴがオンし、このスイッチングトランジスタＴに接続された上部電極Ｅは接地電位となる。受光素子Ｄに光が入射して光伝導体５３の電気伝導度が増加すると、透明電極５２から上部電極Ｅに向かって電流が流れ、さらにこの電流はスイッチングトランジスタＴを通って行選択線Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、…から選択された一つの行選択線に流れ、この行選択線に接続されたＡ／Ｄ変換ＩＣにより変換されて光電流として検出される。この光電流の検出により、列選択線Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、…から選択された一つの列選択線と行選択線Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、…から選択された一つの行選択線との交差部の受光素子Ｄに入射した光が検出される。
【００９２】
〈受光素子アレイの第３の例〉
図２５は受光素子アレイの第３の例を示す回路図である。図２４ＡおよびＢに示す受光素子アレイの第２の例では、受光素子Ｄは光伝導体５３が透明電極５２および上部電極Ｅにより挟まれた構造を有するのに対し、この受光素子アレイの第３の例においては、受光素子Ｄは、光伝導体５７上に設けられた一対のくし型電極５８、５９を有し、これらのくし型電極５８、５９が互いに噛み合って、所定の距離離れて互いに対向している。くし型電極５８は各スイッチングトランジスタＴのドレイン電極に接続されている。くし型電極５９はバイアス印加用の配線Ｗ1 、Ｗ2 、Ｗ3 、…に接続されている。この受光素子アレイの上記以外の構成は受光素子アレイの第２の例と同様である。
【００９３】
この受光素子アレイの動作は次の通りである。例えば、配線Ｗ1 、Ｗ2 、Ｗ3 、…に所定の正電圧を印加しておく。今、列選択線Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、…から選択された一つの列選択線に所定の正のゲート電圧を印加し、行選択線Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、…から選択された一つの行選択線は例えば接地電位とする。このとき、列選択線Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、…から選択された一つの列選択線と行選択線Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、…から選択された一つの行選択線との交差部のスイッチングトランジスタＴがオンし、このスイッチングトランジスタＴに接続されたくし型電極５８は接地電位となる。受光素子Ｄに光が入射して光伝導体５３の電気伝導度が増加すると、くし型電極５９からくし型電極５８に向かって電流が流れ、さらにこの電流はスイッチングトランジスタＴを通って行選択線Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、…から選択された一つの行選択線に流れ、この行選択線に接続されたＡ／Ｄ変換ＩＣにより変換されて光電流として検出される。この光電流の検出により、列選択線Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、…から選択された一つの列選択線と行選択線Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、…から選択された一つの行選択線との交差部の受光素子Ｄに入射した光が検出される。
【００９４】
〈受光素子アレイの第４の例〉
図２６は受光素子アレイの第４の例を示す回路図である。
図２６に示すように、この受光素子アレイにおいては、受光素子Ｄは、図２３に示すＦＥＴ型の構成を有する。この受光素子Ｄが２次元アレイ状に配列されて受光素子アレイが形成されている。この受光素子アレイにおいては、行選択線Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、…および列選択線Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、…が設けられているが、図２６においては行選択線Ｒ1 および列選択線Ｃ1 のみが示されている。行選択線Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、…と列選択線Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、…との交差部にｎチャネルＴＦＴからなる画素選択用のスイッチングトランジスタＴが形成されている。より詳細には、行選択線Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、…のそれぞれは行方向の各スイッチングトランジスタＴのゲート電極に接続され、列選択線Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、…は列方向の各スイッチングトランジスタＴのソース電極に接続されている。ＦＥＴ型受光素子Ｄのソース電極は、各スイッチングトランジスタＴのドレイン電極に接続されている。列選択線Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、…はそれぞれＡ／Ｄ変換ＩＣ５４、５５、５６、…に接続されているが、図２６においてはＡ／Ｄ変換ＩＣ５４のみが示されている。ＦＥＴ型受光素子Ｄのゲート電極は、例えば薄膜トランジスタからなる駆動用トランジスタＱのドレイン電極と接続されている。この駆動用トランジスタＱのソース電極には電圧Ｖon/offが供給されるようになっている。この駆動用トランジスタＱのゲート電極は行選択線Ｒ1 と接続されている。
【００９５】
この受光素子アレイの動作は次の通りである。今、行選択線Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、…から選択されたから選択された一つの列選択線に所定の正のゲート電圧を印加し、列選択線Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、…から選択された一つの行選択線は例えば接地電位とする。このとき、列選択線Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、…から選択された一つの列選択線と行選択線Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、…から選択された一つの行選択線との交差部のスイッチングトランジスタＴがオンし、これと同時に駆動用トランジスタＱもオンする。こうして駆動用トランジスタＱがオンすることにより、ＦＥＴ型受光素子Ｄのゲート電極に電圧Ｖon/offが印加される。ＦＥＴ型受光素子Ｄのドレイン電極には電圧ＶDDが印加されている。ＦＥＴ型受光素子Ｄに光が入射して光伝導体４３の電気伝導度が増加すると、このＦＥＴ型受光素子Ｄのソース電極４６およびドレイン電極４７間に電流が流れ、さらにこの電流はスイッチングトランジスタＴを通って列選択線Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、…から選択された一つの行選択線に流れ、この行選択線に接続されたＡ／Ｄ変換ＩＣにより変換されて光電流として検出される。この光電流の検出により、列選択線Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、…から選択された一つの列選択線と行選択線Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、…から選択された一つの行選択線との交差部のＦＥＴ型受光素子Ｄに入射した光が検出される。
【００９６】
〈３次元インタラクティブディスプレイの応用例〉
この３次元インタラクティブディスプレイは、パーソナルコンピュータ、携帯電話、タブレットなどの入力装置である光学タッチパネルとして使用することができる。パーソナルコンピュータに適用した一例を図２７に示す。
【００９７】
図２７に示すように、この光学タッチパネルＯＴＰは、光学マスクＯＭおよび物体検出モジュールＯＤＭを有する。物体検出モジュールＯＤＭは受光素子アレイＤＡおよび検出回路ＤＣを有する。受光素子アレイＤＡからの出力信号は検出回路ＤＣに供給される。検出回路ＤＣの出力信号は信号処理装置ＤＳＰ２に供給される。信号処理装置ＤＳＰ２の出力信号はパーソナルコンピュータＰＣに位置情報として供給される。パーソナルコンピュータＰＣではこの位置情報に基づいて表示信号が生成される。この表示信号は信号処理装置ＤＳＰ１に供給される。この信号処理装置ＤＳＰ１の出力信号は光学マスクＯＭに供給され、光変調層１２により形成されるマスクパターンの制御が行われる。信号処理装置ＤＳＰ１から信号処理装置ＤＳＰ２にフレーム同期信号が供給され、これによって受光素子アレイＤＡからの信号と光学マスクＯＭに対する信号とを互いに同期させることができるようになっている。
【００９８】
光学マスクＯＭは、マスクパターンとパーソナルコンピュータＰＣからのコンテンツとを交互に表示するように構成されている。光学マスクモードにおいては、マスクパターンが二つの信号処理装置ＤＳＰ１、ＤＳＰ２のバッファに蓄積され、光変調層１２、例えば液晶パネルの駆動回路（図示せず）に交互に転送される。マスクパターンは容易に決定することができるため、メモリへの書き込みは不要であり、したがってマスクパターンの切り替え速度の向上を図ることができる。一方、ディスプレイモードにおいては、第３の信号処理装置（図示せず）のバッファから映像コンテンツが供給され、液晶パネルの駆動回路に書き込まれる。信号のタイミングおよび信号処理能力によっては、いくつかのフレームを省略することが可能である。この三つの信号処理装置のバッファにより順次、線状に走査を行うことにより、ディスプレイモードと光学マスクモードとが、安定なフレーム速度で動作することが保証される。
【００９９】
この３次元インタラクティブディスプレイの機能は、この３次元インタラクティブディスプレイのスクリーンに接近する物体の位置を検出することであるため、受光素子アレイを常時、全走査（フルスキャン）する必要はない。この３次元インタラクティブディスプレイは、何も物体が検出されないときには、スタンバイモードに設定することができる。この状態を図２８Ａに示す。図２８Ａに示すように、スタンバイモードでは、受光素子アレイの縦横に配置された受光素子Ｄ（画素）の一部だけ、例えば一つおきの受光素子Ｄだけをアクティブ（図２８Ａ中、アクティブな受光素子Ｄに斜線を施した。図２８Ｂにおいても同様。）にして物体検出のための走査が行われる。一旦、物体が受光素子アレイのある領域で検出されたら、この３次元インタラクティブディスプレイはキャプチャーモードに切り替わる。この状態を図２８Ｂに示す。図２８Ｂに示すように、このキャプチャーモードでは、物体が検出された領域（例えば、図２８Ｂ中、一点鎖線で囲んだ領域）の全ての受光素子Ｄがアクティブとなり、物体の位置を高精度で検出することができる。
【０１００】
この第１の実施の形態によれば、次のような種々の利点を得ることができる。すなわち、この３次元インタラクティブディスプレイのスクリーンに接近する物体１５にプローブ光１６を照射することにより発生する散乱光１７を光変調層１２により空間変調して透明受光層１３により受光していることにより、物体１５がスクリーンから離れた位置にあっても、マルチタッチセンシングや３次元ジェスチャー認識などを高分解能で容易に行うことができる。また、ディスプレイパネル１４が独立に設けられているため、物体１５の検出とは独立して画像の表示を行うことができ、しかも光変調層１２の分解能とは無関係に、ディスプレイパネル１４を高解像度に構成することができる。また、物体１５の像をレンズを用いずに透明受光層１３の受光面に結像させることができるので、レンズを設置するための空間が不要となり、ひいては３次元インタラクティブディスプレイを薄型に構成することができる。この３次元インタラクティブディスプレイは、例えば、３次元インタラクティブテレビ、タブレット、携帯電話、携帯ゲーム機などに用いて好適なものである。また、ディスプレイパネル１４をＥインクなどを用いて構成することにより、小電力かつ小型の携帯デバイス、例えばタッチコントロール電子ブックなどを実現することができる。
【０１０１】
また、新規な光伝導体２７を用いた受光素子Ｄを用いていることにより、光伝導体２７のタンパク質２２同士で電子と正孔とが再結合により消滅するのを防止することができるため、従来のフォトダイオードに比べて高い光電変換効率を得ることができる。さらに、従来のフォトダイオードでは光電変換効率は１００％が限界であるのに対し、この受光素子Ｄでは、１００％を超える光電変換効率を得ることが可能である。また、従来のフォトダイオードは逆バイアスで動作させるために光電変換効率を調整することはできなかったのに対し、この受光素子Ｄによれば、第１の電極２８と第２の電極２９との間に印加するバイアス電圧により光電変換効率を容易に調整することができる。また、この受光素子Ｄでは、暗電流の大幅な低減を図ることができる。また、光伝導体２７はフレキシブルに構成することができるため、この受光素子Ｄもフレキシブルに構成することができ、基板を用いる場合でもフレキシブルな基板を用いることにより受光素子Ｄ、ひいては透明受光層１３をフレキシブルに構成することができる。また、光伝導体２７の形状および大きさは自在に選ぶことができるため、この受光素子Ｄの形状および大きさも自在に選ぶことができる。
【０１０２】
〈２．第２の実施の形態〉
［３次元インタラクティブディスプレイ］
図２９は第２の実施の形態によるマルチタッチ３次元インタラクティブディスプレイを示す。
【０１０３】
図２９に示すように、この３次元インタラクティブディスプレイは、紫外光または赤外光を発生する光源６１、光変調層６２、透明受光層６３およびバックライトパネル６４を有する。光変調層６２、透明受光層６３およびディスプレイパネル６４は、これらの順に、典型的には互いに平行に配置されている。光変調層６２と透明受光層６３との間は互いに所定距離離れている。透明受光層６３とバックライトパネル６４とは、互いに直接接していてもよいし、互いに所定距離離れていてもよい。図示は省略するが、必要に応じて、透明受光層６３とバックライトパネル６４との間に、バックライトパネル６４からの光を拡散させて均一なバックライトを得るための拡散板が設けられる。バックライトパネル６４としては、基本的にはどのようなものを用いてもよいが、例えば、冷陰極蛍光管や基板上にＬＥＤアレイを形成したＬＥＤバックライトなどを用いることができる。
【０１０４】
光源６１は、第１の実施の形態と同様に、この３次元インタラクティブディスプレイのスクリーンの前面、例えば光変調層６２の前面に接近する物体６５を検出するためにこの物体６５に紫外光または赤外光からなるプローブ光６６を照射するためのものである。この光源６１は、光源１１と同様なものであってよい。
【０１０５】
この場合、第１の実施の形態と異なり、ディスプレイパネル１４を用いていないため、光変調層６２は、この光変調層６２に入射した散乱光６７の空間フィルターの役割に加えて、画像を表示するためのディスプレイパネルの役割を果たす。このため、この光変調層６２は、物体の像を得る検出モードと、この光変調層６２に画像を表示するディスプレイモードとの二つのモードに切り替えることができるようになっている。すなわち、この光変調層６２は、スクリーンの前面に接近する物体６５を検出する場合は検出モードに設定し、光変調層６２に画像を表示する場合にはディスプレイモードに設定する。
【０１０６】
透明受光層６３は、 透明受光層１３と同様な構成を有する。
この３次元インタラクティブディスプレイの上記以外のことは、第１の実施の形態によ３次元インタラクティブディスプレイと同様である。
この第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
【０１０７】
〈３．第３の実施の形態〉
［３次元インタラクティブディスプレイ］
図３０は第３の実施の形態による３次元インタラクティブディスプレイを示す。
図３０に示すように、この３次元インタラクティブディスプレイは、光変調層としての液晶パネル７１および透明受光層７２を有する。図示は省略するが、この３次元インタラクティブディスプレイにおいてはさらに、液晶パネル７１のスクリーンの前方の物体７３を検出するための紫外光または赤外光の光源がこの液晶パネル７１の周辺部に設けられ、透明受光層７２の背面にディスプレイパネルまたはバックライトパネルが設けられている。ディスプレイパネルとしては、ディスプレイパネル１４と同様なものを用いることができ、バックライトパネルとしてはバックライトパネル６４と同様なものを用いることができる。
【０１０８】
液晶パネル７１においては、透明なガラス基板７１１の上面に液晶層７１２が設けられ、この液晶層７１２上に偏光フィルター７１３が設けられ、透明なガラス基板７１１の下面に偏光フィルター７１４が設けられている。図示は省略するが、一般的な液晶パネルと同様に、液晶層７１１と偏光フィルター７１２との間に画素毎に透明電極が設けられ、液晶層７１２と偏光フィルター７１３との間に共通の透明電極が設けられている。画素毎に設けられた透明電極と共通の透明電極との間に所定の電圧を印加することより、各画素の液晶層７１２の液晶分子の配向を制御することにより各画素の液晶層７１２の透明／不透明を制御することができる。
【０１０９】
透明受光層７２は、偏光フィルター７１４の下面に設けられた受光素子Ｄからなる受光素子アレイからなる。受光素子Ｄとしては、第１の実施の形態で述べたものと同様なものを用いることができる。この場合は、受光素子Ｄを形成するための透明基板は不要である。
【０１１０】
種々の視野角からの物体７３の像を得るために、液晶パネル７１の画素は、周期的に配列された一つまたは複数の画素からなる画素グループに分割されている。そして、各画素グループの直下の受光素子アレイを一つの受光素子で置き換える。
【０１１１】
種々の視野角からの物体７３からの散乱光７４を検出するために、各画素グループのピンホールがそれぞれ変更される。例えば、物体７３から液晶パネル７１に垂直に入射する散乱光７４を検出するためには、ピンホールは各画素グループの中心に設定されていなければならない。また、物体７３から液晶パネル７１に対して斜めの方向から入射する散乱光７４を検出するためには、ピンホールは各画素グループの他の位置に設定しなければならない。
【０１１２】
この方法の検出精度は、二つのパラメータで表すことができる。一つのパラメータは液晶パネル７１の面に垂直な方向の垂直分解能Δｚである。もう一つのパラメータは横方向分解能Δｘである。これらの二つのパラメータは、受光素子Ｄ、より詳細には受光面の大きさｄs 、液晶パネル７１の画素のサイズｄm 、液晶層７１１ｄと受光素子Ｄとの間の距離ｈ0 および液晶パネル７１の画素グループのサイズｄG によって決められる（図３０参照。）。液晶パネル７１の画素の大きさは、散乱光７４の波長に比べて３桁以上大きく、液晶層７１２と受光素子Ｄとの間の距離ｈ0 はピンホールのサイズと同程度であるため、以下においては、ピンホールを通過する際の回折効果を無視する。
【０１１３】
図３０に基づく幾何学的関係より、横方向分解能Δｘは
【数１】
と表すことができる。
【０１１４】
また、垂直方向の高さの不確定性Δｙは
【数２】
と表すことができる。
【０１１５】
画素グループの大きさがピンホールおよび受光素子Ｄの大きさよりもずっと大きい時、Δｙは
【数３】
と表すことができる。
【０１１６】
空間的な不確定性の公式は下記のことを示している。
（１）空間的な不確定さは、物体７３と液晶パネル７１のとの間の距離に従って直線的に増加する。
（２）ピンホールおよび受光素子Ｄが小さい程、両方向の不確定さが減少するのに役立つが、受光素子Ｄに入射する光子の量を制限し、従って感度が減少する。
（３）液晶パネル７１と受光素子Ｄとの間の距離の増加により、両方向の不確定さを減少させることができるが、３次元インタラクティブディスプレイの厚さも増加してしまう。
（４）垂直方向の不確定さを減少させる観点からは、画素グループの大きさが大きい程好ましい。しかしながら、画素グループの大きさが大き過ぎると、物体７３からの情報量が減少し、再構成される物体の分解能が減少してしまう。
【０１１７】
この３次元インタラクティブディスプレイについてシミュレーションを行った。このシミュレーションにおいては、以下のパラメータを採用した。
ｄm ＝０．２ｍｍ、ｄs ＝０．１ｍｍ、ｄG ＝１．８ｍｍ、ｈ0 ＝２ｍｍ
従って、空間的な不確定性は、ｍｍの単位で
【数４】
と表すことができる。
【０１１８】
液晶パネル７１のガラス基板の屈折率（約１．７）を考慮すると、空間的な不確定性は
【数５】
と表すことができる。
【０１１９】
物体７３の高さと空間的な不確定性との間の関係を図３１に示す。
モンテカルロシミュレーションにおいては、人間の指を模倣するために半径８ｍｍの半球を設定した（図３２）。半球の３／４は一様な確率分布であらゆる方向に光子をランダムに放出するように設定した。このモデルは、現実の拡散の妥当な減少である。
【０１２０】
球座標と直交座標との間の関係によると、ｃｏｓ（θ）およびφが一様に分布すると、放出される光子の分布はランダムで一様な球状分布となる。物体そのもの、あるいは、画素グループ間の境界に当たる全ての光子は無視される。例えば、物体７３が、異なる角度でマスク面より４０ｍｍの高さにある時に得られる元の像は、図３３ＡおよびＢに示す通りである。ここで、図３３Ａは角度が２３°の方向からの画像、図３３Ｂは角度が−２３°の方向からの画像である。
【０１２１】
受光面に到達することができない光子を除去することにより、種々の角度からの画像を再生することができ、図３４ＡおよびＢに示す通りである。ここで、図３４Ａは角度が２３°の方向からの画像、図３４Ｂは角度が−２３°の方向からの画像である。物体７３の底からの正確な位置の計算により、Ｈ＝３３ｍｍ（正確な高さは３２ｍｍ）の結果が得られ、これは許容範囲の誤差である。
【０１２２】
この第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点に加えて、スクリーンから離れた位置にある物体７３の位置を正確に検出することができることにより、より正確な３次元ジェスチャー認識を行うことが可能であるという利点を得ることができる。この３次元インタラクティブディスプレイは、例えば、携帯電話や携帯ゲーム機などに適用して好適なものである。
【０１２３】
以上、実施の形態について具体的に説明したが、本技術は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本技術の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【０１２４】
例えば、上述の実施の形態において挙げた数値、構造、構成、形状、材料などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、構造、構成、形状、材料などを用いてもよい。
【符号の説明】
【０１２５】
１１…光源、１２…光変調層、１２ａ…セル、１３…透明受光層、１３ａ…透明基板、Ｄ…受光素子、１４…ディスプレイパネル、１４ａ…基板、Ｐ…画素、１５…物体、１６…プローブ光、１７…散乱光、２１…導電性ポリマーおよび／または高分子半導体、２２…タンパク質、２２ａ…色素、２２ｂ…ポリペプチド、２３…リンカー、２４…電極、２５…アポタンパク質、２６…基板、２７…光伝導体、２８…第１の電極、２９…第２の電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出しようとする物体に光を照射するための光源と、
上記光源から上記物体に光を照射することにより発生する散乱光が入射し、この散乱光の強度を変調する機能を少なくとも有する光変調層と、
上記光変調層を透過した光を受光するための透明受光層と、
上記透明受光層に関して上記光変調層と反対側に設けられたディスプレイパネルまたはバックライトパネルとを有する３次元インタラクティブディスプレイ。
【請求項２】
上記光源は紫外光または赤外光を発生する請求項１記載の３次元インタラクティブディスプレイ。
【請求項３】
上記光源から発生する光がスクリーンの前方の空間全体に照射されるように上記光源が構成されている請求項２記載の３次元インタラクティブディスプレイ。
【請求項４】
上記光変調層は液晶パネルである請求項３記載の３次元インタラクティブディスプレイ。
【請求項５】
上記ディスプレイパネルは、有機発光ダイオードディスプレイパネル、プラズマディスプレイパネルまたは液晶ディスプレイパネルである請求項４記載の３次元インタラクティブディスプレイ。
【請求項６】
上記透明受光層は、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体と少なくとも一つの、長寿命励起状態を有する色素を含むタンパク質、有機色素または無機色素との複合体からなる光伝導体を用いた受光素子が複数配列された受光素子アレイを有する請求項５記載の３次元インタラクティブディスプレイ。
【請求項７】
上記導電性ポリマーおよび／または高分子半導体が第１の電極と第２の電極との間に電気的に接続されている請求項６記載の３次元インタラクティブディスプレイ。
【請求項８】
上記導電性ポリマーおよび／または高分子半導体と上記タンパク質、上記有機色素または上記無機色素とは非共有結合または共有結合により互いに結合している請求項７記載の３次元インタラクティブディスプレイ。
【請求項９】
上記導電性ポリマーおよび／または高分子半導体がネットワークを形成している請求項８記載の３次元インタラクティブディスプレイ。
【請求項１０】
上記色素は蛍光性または燐光性を有する請求項９記載の３次元インタラクティブディスプレイ。
【請求項１１】
上記タンパク質は電子伝達タンパク質、補酵素を含むタンパク質、グロビン類、蛍光タンパク質および蛍光タンパク質の変異種からなる群より選ばれた少なくとも一種である請求項１０記載の３次元インタラクティブディスプレイ。
【請求項１２】
上記複合体は上記導電性ポリマーおよび／または高分子半導体より機械的強度が高い他のポリマーをさらに含む請求項１１記載の３次元インタラクティブディスプレイ。
【請求項１３】
上記光伝導体、上記第１の電極および上記第２の電極が基板上に設けられている請求項１１記載の３次元インタラクティブディスプレイ。
【請求項１４】
上記基板、上記第１の電極および上記第２の電極が透明である請求項１３記載の３次元インタラクティブディスプレイ。
【請求項１】
検出しようとする物体に光を照射するための光源と、
上記光源から上記物体に光を照射することにより発生する散乱光が入射し、この散乱光の強度を変調する機能を少なくとも有する光変調層と、
上記光変調層を透過した光を受光するための透明受光層と、
上記透明受光層に関して上記光変調層と反対側に設けられたディスプレイパネルまたはバックライトパネルとを有する３次元インタラクティブディスプレイ。
【請求項２】
上記光源は紫外光または赤外光を発生する請求項１記載の３次元インタラクティブディスプレイ。
【請求項３】
上記光源から発生する光がスクリーンの前方の空間全体に照射されるように上記光源が構成されている請求項２記載の３次元インタラクティブディスプレイ。
【請求項４】
上記光変調層は液晶パネルである請求項３記載の３次元インタラクティブディスプレイ。
【請求項５】
上記ディスプレイパネルは、有機発光ダイオードディスプレイパネル、プラズマディスプレイパネルまたは液晶ディスプレイパネルである請求項４記載の３次元インタラクティブディスプレイ。
【請求項６】
上記透明受光層は、導電性ポリマーおよび／または高分子半導体と少なくとも一つの、長寿命励起状態を有する色素を含むタンパク質、有機色素または無機色素との複合体からなる光伝導体を用いた受光素子が複数配列された受光素子アレイを有する請求項５記載の３次元インタラクティブディスプレイ。
【請求項７】
上記導電性ポリマーおよび／または高分子半導体が第１の電極と第２の電極との間に電気的に接続されている請求項６記載の３次元インタラクティブディスプレイ。
【請求項８】
上記導電性ポリマーおよび／または高分子半導体と上記タンパク質、上記有機色素または上記無機色素とは非共有結合または共有結合により互いに結合している請求項７記載の３次元インタラクティブディスプレイ。
【請求項９】
上記導電性ポリマーおよび／または高分子半導体がネットワークを形成している請求項８記載の３次元インタラクティブディスプレイ。
【請求項１０】
上記色素は蛍光性または燐光性を有する請求項９記載の３次元インタラクティブディスプレイ。
【請求項１１】
上記タンパク質は電子伝達タンパク質、補酵素を含むタンパク質、グロビン類、蛍光タンパク質および蛍光タンパク質の変異種からなる群より選ばれた少なくとも一種である請求項１０記載の３次元インタラクティブディスプレイ。
【請求項１２】
上記複合体は上記導電性ポリマーおよび／または高分子半導体より機械的強度が高い他のポリマーをさらに含む請求項１１記載の３次元インタラクティブディスプレイ。
【請求項１３】
上記光伝導体、上記第１の電極および上記第２の電極が基板上に設けられている請求項１１記載の３次元インタラクティブディスプレイ。
【請求項１４】
上記基板、上記第１の電極および上記第２の電極が透明である請求項１３記載の３次元インタラクティブディスプレイ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【公開番号】特開２０１２−２４７９１０（Ｐ２０１２−２４７９１０Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１７９８１（Ｐ２０１１−１１７９８１）
【出願日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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