JP2007156647A - Display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、表示装置、特には画像入力機能を供えた表示装置に関する。 The present invention relates to a display device, and more particularly to a display device provided with an image input function.
近年、表示装置の分野においては、表示機能に加え、入力機能をも兼ね備えた表示装置が普及してきている。このような表示装置の一例としては、タッチパネル付の表示装置が挙げられる(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1に開示の表示装置は、プロジェクタが照射した光を表示領域へと導き、導かれた光のうち表示領域上に置かれたユーザの指で反射された光をCCDカメラで受光することによってタッチ位置の検出を行なっている。 In recent years, in the field of display devices, display devices having an input function in addition to a display function have become widespread. An example of such a display device is a display device with a touch panel (see, for example, Patent Document 1). The display device disclosed in Patent Document 1 guides light emitted from a projector to a display area, and receives light reflected by a user's finger placed on the display area with the CCD camera. The touch position is detected by.
また、タッチパネル付の表示装置の他に、画像そのものを取り込むことができるように構成された液晶表示装置も開示されている(例えば、特許文献2参照)。特許文献2に開示された液晶表示装置は、アクティブマトリクス基板上にマトリクス状に配置された複数個のフォトダイオードを備えており、これにより、表示画面上の物体の画像を取り込んでいる。
しかしながら、特許文献1に開示の表示装置においては、プロジェクタを使用する必要があるため、電源ファンによる騒音が大きいという問題、発熱量が大きいという問題、装置全体を小型化できないという問題がある。 However, in the display device disclosed in Patent Document 1, since it is necessary to use a projector, there are a problem that the noise caused by the power supply fan is large, a problem that the heat generation amount is large, and a problem that the entire apparatus cannot be reduced in size.
また、特許文献2に開示の液晶表示装置は、画像の取り込みを可能とする構成を備えているが、結像光学系を備えていないため、特許文献2に開示の液晶表示装置において、鮮明な取り込み画像を得ることは不可能である。特許文献2の液晶表示装置には、高解像度の取り込みを行なうことが不可能であるという問題がある。
Further, the liquid crystal display device disclosed in
本発明の目的は、上記問題を解消し、発熱量が少なく、静音化及び小型化が可能であって、且つ高解像度の画像の取り込みを可能とし得る表示装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a display device that solves the above-described problems, generates a small amount of heat, can be reduced in size and size, and can capture a high-resolution image.
上記目的を達成するために本発明における表示装置は、光透過性を有する表示パネルと、結像光学系を有する撮像部と、前記表示パネルの観察者側へ検出光を出射する光源を有する検出光源部とを備え、前記検出光源部は、前記表示パネルの観察者側における表示領域の周辺に配置され、且つ、前記検出光の前記表示パネルの厚み方向における発散度を制限する制限部材を備え、前記撮像部は、観察者側から前記表示パネルに入射し、且つ、前記表示パネル及び前記結像光学系を通過する前記検出光を受光して、前記表示パネルの観察者側における状態を撮像することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a display device according to the present invention includes a display panel having optical transparency, an imaging unit having an imaging optical system, and a detection having a light source that emits detection light to an observer side of the display panel. A light source unit, and the detection light source unit is disposed around a display area on the viewer side of the display panel, and includes a limiting member that limits a divergence degree of the detection light in the thickness direction of the display panel. The imaging unit receives the detection light incident on the display panel from the observer side and passes through the display panel and the imaging optical system, and images the state of the display panel on the observer side. It is characterized by doing.
以上のように本発明における表示装置によれば、表示パネル等の表示パネルを用いて画像を表示できるため、発熱量の減少化、静音化及び小型化を達成できる。更に、本発明における表示装置においては、撮像部が結像光学系を備えるため、従来の入力機能を備えた表示装置に比べて、高解像度の画像の取り込みを達成できる。 As described above, according to the display device of the present invention, since an image can be displayed using a display panel such as a display panel, it is possible to achieve a reduction in heat generation, noise reduction, and size reduction. Furthermore, in the display device according to the present invention, since the imaging unit includes the imaging optical system, it is possible to capture a high-resolution image as compared with a display device having a conventional input function.
本発明における表示装置は、光透過性を有する表示パネルと、結像光学系を有する撮像部と、前記表示パネルの観察者側へ検出光を出射する光源を有する検出光源部とを備え、前記検出光源部は、前記表示パネルの観察者側における表示領域の周辺に配置され、且つ、前記検出光の前記表示パネルの厚み方向における発散度を制限する制限部材を備え、前記撮像部は、観察者側から前記表示パネルに入射し、且つ、前記表示パネル及び前記結像光学系を通過する前記検出光を受光して、前記表示パネルの観察者側における状態を撮像することを特徴とする。 A display device according to the present invention includes a display panel having optical transparency, an imaging unit having an imaging optical system, and a detection light source unit having a light source that emits detection light to an observer side of the display panel, The detection light source unit is disposed around a display area on the viewer side of the display panel, and includes a limiting member that limits a divergence degree of the detection light in the thickness direction of the display panel. The detection light incident on the display panel from the viewer side and passing through the display panel and the imaging optical system is received, and the state of the display panel on the viewer side is imaged.
上記特徴により、本発明における表示装置によれば、発熱量の減少化、静音化及び小型化を図ることができ、更に、高解像度の画像の取り込みが可能となる。また、本発明における表示装置では、検出光源部から出射された検出光の発散が制限される。このため、表示パネルの表示領域から離れた位置にある物体までもが撮像されてしまうのを抑制でき、表示領域近傍の被写体のみを撮像できる。また、センシング精度の向上を図ることができ、更に、検出光が撮像部に直接入射することによる撮像品位の低下を抑制できる。 With the above features, the display device according to the present invention can reduce the amount of heat generation, reduce the noise, and reduce the size, and can capture a high-resolution image. In the display device according to the present invention, the divergence of the detection light emitted from the detection light source unit is limited. For this reason, it is possible to suppress even an object located at a position away from the display area of the display panel, and it is possible to image only a subject near the display area. In addition, it is possible to improve the sensing accuracy, and it is possible to suppress a reduction in imaging quality due to detection light directly entering the imaging unit.
上記本発明における表示装置は、前記表示パネルの観察者側に、前記表示パネルの表示領域を覆う透明板を備え、前記透明板は、前記表示領域との間に空間が形成されるように配置され、前記検出光源部は、前記検出光が前記空間から前記透明板の観察者側へと出射されるように、前記空間内に配置されている態様(第1の態様)とするのが好ましい。上記第1の態様によれば、撮像対象となる物体の表示領域側の部分に効率良く検出光を照射できるため、検出光の利用効率を向上でき、この結果、撮像部における感度の向上を図ることができる。 The display device according to the present invention includes, on the viewer side of the display panel, a transparent plate that covers the display area of the display panel, and the transparent plate is disposed so that a space is formed between the display area and the display area. Preferably, the detection light source unit has a mode (first mode) arranged in the space so that the detection light is emitted from the space to the viewer side of the transparent plate. . According to the first aspect, since the detection light can be efficiently applied to the portion of the object to be imaged on the display area side, the use efficiency of the detection light can be improved. As a result, the sensitivity of the imaging unit is improved. be able to.
また、上記第1の態様においては、前記光源に最も近い前記表示領域の周縁上の点からそれに対向する別の前記周縁上の点までの距離をaとし、前記検出光が前記表示領域の周縁の観察者側において到達できる、前記透明板の観察者側の主面からの高さの上限値をbとし、前記光源の発光面の中心を含み、且つ、前記表示領域に平行な面と、前記透明板の観察者側の主面との距離をcとし、前記光源の発光面の中心を通り、且つ、前記表示領域に垂直な線と、前記光源に最も近い前記表示領域の周縁上の点を通り、且つ、前記表示領域に垂直な線との距離をdとし、前記検出光が前記表示領域の周縁の観察者側において到達している、前記透明板の観察者側の主面からの高さの最大値をzとしたときに、前記制限部材によって発散度が制限された前記検出光の前記表示パネルの厚み方向における出射角γが、下記式(1)及び下記式(2)を満足するように設定されているのが良い。この場合は、上述した種々の効果の確実性を高めることができる。 In the first aspect, a distance from a point on the periphery of the display area closest to the light source to a point on the other edge opposite to the point is a, and the detection light is the periphery of the display area. An upper limit of the height from the main surface on the observer side of the transparent plate that can be reached on the observer side, b, including the center of the light emitting surface of the light source and parallel to the display area; The distance between the transparent plate and the main surface on the observer side is c, passes through the center of the light emitting surface of the light source and is perpendicular to the display region, and on the periphery of the display region closest to the light source. From the main surface on the observer side of the transparent plate, where d is a distance from a line that passes through a point and is perpendicular to the display area, and the detection light reaches the observer side at the periphery of the display area When the maximum height is z, the degree of divergence is limited by the limiting member. Said exit angle in the thickness direction of the display panel of the detection light γ is represented by the following formula (1) and the following formula (2) is good is set so as to satisfy. In this case, the certainty of the various effects described above can be increased.
(数3)
(a/2)tan(γ/2)<z<b ・・・・・・(1)
(Equation 3)
(A / 2) tan (γ / 2) <z <b (1)
(数4)
z=(a+d)tan(γ/2)−c ・・・・・・(2)
(Equation 4)
z = (a + d) tan (γ / 2) −c (2)
また、上記本発明における表示装置は、前記制限部材が、前記光源の前記表示領域側及びその反対側の少なくとも一方に配置された遮光部材である態様(第2の態様)とするのも好ましい。上記第2の態様によれば、簡単な構成で、検出光の発散を制限することができる。 In the display device according to the present invention, it is also preferable that the limiting member is an aspect (second aspect) in which the limiting member is a light shielding member disposed on at least one of the display area side and the opposite side of the light source. According to the second aspect, the divergence of the detection light can be limited with a simple configuration.
上記第2の態様では、前記制限部材となる前記遮光部材が、前記光源の前記表示領域側及びその反対側に配置され、前記光源は、出射された前記検出光の最も輝度の高い方向が、前記表示領域に対して平行な方向となるように配置されていても良い。また、上記第2の態様では、前記制限部材となる前記遮光部材が、前記光源の前記表示領域側に配置され、前記光源は、出射された前記検出光の最も輝度の高い方向が、前記表示領域の裏側において前記表示領域から次第に遠ざかる方向となるように配置されていても良い。更に、上記第2の態様では、前記制限部材となる前記遮光部材が、前記光源の前記表示領域側の反対側に配置され、前記光源は、出射された前記検出光の最も輝度の高い方向が、前記観察者側において前記表示領域から次第に遠ざかる方向となるように配置されていても良い。 In the second aspect, the light shielding member serving as the limiting member is disposed on the display area side and the opposite side of the light source, and the light source has a direction in which the luminance of the emitted detection light is highest, You may arrange | position so that it may become a direction parallel to the said display area. In the second aspect, the light blocking member serving as the limiting member is disposed on the display region side of the light source, and the light source has a direction in which the luminance of the emitted detection light is highest in the display. You may arrange | position so that it may become the direction which gets away from the said display area | region gradually on the back side of an area | region. Furthermore, in the second aspect, the light shielding member serving as the limiting member is disposed on the opposite side of the light source from the display region side, and the light source has a direction in which the luminance of the emitted detection light is highest. The observer may be arranged so as to gradually move away from the display area.
また、上記本発明における表示装置においては、前記制限部材がレンズ素子であり、前記レンズ素子は、その光軸が、出射された前記検出光の最も輝度の高い方向と一致するように配置されている態様(第3の態様)とするのも好ましい。上記第3の態様によれば、検出光の利用効率を一層高めることができる。 Further, in the display device according to the present invention, the limiting member is a lens element, and the lens element is arranged so that an optical axis thereof coincides with a direction with the highest luminance of the emitted detection light. It is also preferable to adopt a mode (third mode). According to the said 3rd aspect, the utilization efficiency of a detection light can be improved further.
また、上記本発明における表示装置においては、前記光源が、700nm以上の波長の光を出射する発光ダイオードであり、前記撮像部が、700nm以上の波長の光のみを受光するとするのが好ましく、特には、前記光源が、800nm以上1000nm以下の波長の光を照射し、前記撮像部が、800nm以上の波長の光のみを受光するとするのが好ましい。このようにした場合は、可視光によるノイズを除去でき、更なる撮像画像の高解像度化を図ることができる。 In the display device according to the present invention, it is preferable that the light source is a light emitting diode that emits light having a wavelength of 700 nm or more, and the imaging unit receives only light having a wavelength of 700 nm or more. Preferably, the light source emits light having a wavelength of 800 nm or more and 1000 nm or less, and the imaging unit receives only light having a wavelength of 800 nm or more. In this case, noise due to visible light can be removed, and the resolution of the captured image can be further increased.
また、上記本発明における表示装置において、前記表示パネルは、液晶表示パネルであっても良いし、EL表示パネルであっても良い。 In the display device according to the present invention, the display panel may be a liquid crystal display panel or an EL display panel.
(実施の形態)
以下、本発明の実施の形態における表示装置について、図1〜図4を参照しながら説明する。最初に、本実施の形態における表示装置の全体構成について図1及び図2を用いて説明する。図1は、本発明の実施の形態における表示装置の全体の概略構成を示す断面図である。図2は、図1に示す表示装置の主要部分の位置関係を示す分解斜視図である。
(Embodiment)
Hereinafter, a display device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, the overall structure of the display device in this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an overall schematic configuration of a display device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an exploded perspective view showing the positional relationship of the main parts of the display device shown in FIG.
図1及び図2に示すように、本実施の形態における表示装置は、光透過性を有する表示パネル2と、結像光学系を有する撮像部4と、検出光源部7とを備えている。検出光源部7は、表示パネル2の観察者側へ検出光を出射する光源15を備えている。また、検出光源部7は、表示パネル2の観察者側において、表示領域3の周辺に配置されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the display device according to the present embodiment includes a
本実施の形態では、光源15は発光ダイオードである。また、光源15が出射する検出光の波長は、可視領域以外の領域に設定されているのが好ましい。検出光の波長については後述する。また、各検出光源部7は、それと対向する位置にある検出光源部7へ向けて検出光を出射する。
In the present embodiment, the
また、本実施の形態では、検出光源部7は、4つ配置されている。各検出光源部7は、表示領域3のいずれかの辺に沿って、表示領域3を囲むように配置されている(図2参照)。但し、検出光源部7の数は特に限定されるものではない。例えば、検出光源部7の数が二つであって、対向する2辺にのみ検出光源部7が配置された態様であっても良い。
In the present embodiment, four detection
また、図1及び図2に示すように、撮像部4は、観察者側から表示パネル2に入射し、且つ、表示パネル2及び結像光学系(後述の図4参照)を通過する検出光を受光して、表示パネル2の観察者側における状態を撮像する。具体的には、撮像部4は、検出光源部7から出射され、その後、被写体1で反射されて表示パネル2に入射した検出光を、結像光学系(図3参照)を介して受光することによって、被写体1を撮像する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
このような構成により、本実施の形態における表示装置によれば、発熱量の減少化、静音化及び小型化を達成でき、しかも、撮像部4が結像光学系を備えるため、従来の入力機能を備えた表示装置に比べて、高解像度の画像の取り込みを達成できる。
With such a configuration, according to the display device in the present embodiment, the amount of heat generation can be reduced, the noise can be reduced, and the size can be reduced. Moreover, since the
また、本実施の形態では、表示パネル2の観察者側に透明板14が配置されており、表示パネルの表示領域3は透明板14によって覆われている。撮像部4は、主に、透明板14の観察者側の主面に接触にしている物体や、透明板14の観察者側の主面の近傍に位置している物体を、被写体1として撮像する。
In the present embodiment, the
また、透明板14は、それと表示領域3との間に空間22が形成されるように設置される。更に、検出光源部7は、検出光が空間15から透明板14の観察者側へと出射されるように、空間15内に配置されている。このため、透明板14の観察者側の主面に接触にしている物体や、透明板14の観察者側の主面の近傍に位置している物体、即ち、撮像対象となる物体の表示領域側の部分に効率良く検出光が照射される。本実施の形態では、透明板14の観察者側の主面がセンシング面となる。
The
なお、透明板14は、例えば、アクリル板やガラス板といった透明の材料によって形成された板材であれば良い。透明板14の透過率は100%である必要はなく、100%に満たなくても良い。
In addition, the
また、本実施の形態では、表示パネル2は液晶表示パネルであり、表示装置は液晶表示装置である。また、表示パネル2が液晶表示パネルであるため、表示パネルの裏面には、バックライト装置5が配置されている。
In the present embodiment, the
表示パネル2は、アクティブマトリクス基板2cと、液晶層2bと、フィルタ基板(対向基板)2aとを備えている。液晶層2bは、アクティブマトリクス基板2cとフィルタ基板2aとによって挟み込まれている。液晶層2bを封止するためのシールについては、図示を省略している。また、フィルタ基板2a及びアクティブマトリクス基板2cそれぞれにおける液晶層2b側の反対側の面には、図示していないが、偏光板が設けられている。
The
アクティブマトリクス基板2cには、マトリクス状に配置された複数のアクティブ素子(図示せず)が形成されている。アクティブ素子は画素を構成しており、画素が設けられた領域と厚み方向において重なる領域が、表示領域3となっている。また、アクティブマトリクス基板2cには、図示していないが、ゲート駆動回路やソース駆動回路といった駆動回路が設けられている。フィルタ基板2aには、各画素に対応する複数のカラーフィルタ(図示せず)や、対向電極が形成されている。
A plurality of active elements (not shown) arranged in a matrix are formed on the
なお、表示パネル2は、光透過性を備えたものであれば良い。表示パネル2としては、その他、EL表示パネルが挙げられる。表示パネル2がEL表示パネルである場合は、EL表示パネルが自発光であるため、バックライト装置を配置する必要はない。更に、この場合は、表示パネル2は、例えば、透明基板上に、透明電極(アノード)となるITO(Indium Tin Oxide)膜、正孔輸送層、電子輸送層、背面電極(カソード)等を順に積層して構成される。
In addition, the
バックライト装置5は、直下型のバックライト装置であり、複数の蛍光ランプ6と、光学層13とを備えている。複数の蛍光ランプ6は、バスタブ型の筐体8に、互いに平行な状態で配置されている(図2参照)。また、筐体8の内面には反射シートが貼付されている。光学層13は、拡散板9、拡散シート10、プリズムシート11、反射/偏光シート12を順に積層して形成されている。
The
また、本実施の形態では、撮像部4の光学的撮像距離(結像光学系の焦点距離)を稼ぐため、表示パネル2とバックライト装置5とは、従来の液晶表示装置に比べて距離を置いて配置される。具体的には、表示パネル2とバックライト装置5とは、フレーム21によって、一定の距離Lを置いて保持されており、これらの間には空洞が存在している。また、撮像部4もフレーム21に保持されている。
In the present embodiment, the
例えば、表示パネル2の大きさが30インチ程度であるならば、表示パネル2とバックライト装置5との距離Lは15cm程度に設定される。表示パネル2とバックライト装置5との間には、表示装置の強度を高めるため、透明の樹脂材料を充填する等しても良い。
For example, if the size of the
更に、表示パネル2とバックライト装置5との距離が大きいため、図1及び図2に示すように、バックライト装置5は、その発光領域の面積が表示領域3の面積よりも大きくなるように構成するのが好ましい。これは、表示パネル2とバックライト装置5との距離が大きいと、表示パネル2の照射領域が減少する傾向にあるからである。
Further, since the distance between the
また、図1及び図2に示すように、撮像部4は複数個設けておくのが好ましい。この場合、複数個の撮像部4は、それぞれが異なる領域を撮像するように配置される。このような構成とすると、単一の撮像部しか設けられない場合に比べて、撮像部4それぞれの撮像領域を狭くすることができ、撮像部4が求める光学的撮像距離を短くすることができる。よって、単一の撮像部しか設けられない場合に比べて、表示パネル2とバックライト装置5との間の距離を短くでき、表示装置の薄型化を図ることができる。
Also, as shown in FIGS. 1 and 2, it is preferable to provide a plurality of
ここで、撮像部4の構成について図3を用いて具体的に説明する。図3は、図1及び図2に示した表示装置に備えられた撮像部の概略構成を示す断面図である。図3に示すように、本実施の形態においては、撮像部4は、結像光学系を構成するレンズ素子30と、レンズ素子30によって結像された像を受光する固体撮像素子32と、設定波長以上の波長の光のみを透過させる光学フィルタ31とを備えている。固体撮像素子32は、CCD固体撮像素子や、MOS型固体撮像素子といった固体撮像素子である。光学フィルタ31の機能については後述する。
Here, the configuration of the
レンズ素子30と固体撮像素子32とは、いわゆるシフト光学系を構成している。具体的には、固体撮像素子32及びレンズ素子30は、固体撮像素子32の受光面の中心を通る法線32aとレンズ素子30の光軸30aとが平行となり、且つ、光軸30aが法線32aからシフトした状態でフレーム33に保持されている。更に、図1及び図2に示したように、撮像部4は、固体撮像素子32の受光面が表示領域3に対して平行となり、且つ、固体撮像素子32の法線32aがレンズ素子30の光軸30aよりも表示領域3の外側に位置するように配置される。
The lens element 30 and the solid-
このように、本実施の形態では、シフト光学系が採用されているため、固体撮像素子32の受光面には、台形歪みの少ない像が結像される。よって、本実施の形態によれば、撮像部4が出力した撮像データに対して、台形歪みを改善するための補正を行うことなく、画質の優れた画像を得ることができる。
Thus, in this embodiment, since the shift optical system is employed, an image with little trapezoidal distortion is formed on the light receiving surface of the solid-
なお、撮像部4の構成は、図3に示す例に限定されるものではなく、固体撮像素子32の受光面の中心を通る法線32aとレンズ素子30の光軸30aとが一致するものであっても良い。但し、法線32aと光軸30aとを一致させた場合は、これらを表示領域に向けて傾斜させた状態で、撮像部4を配置する必要がある。
Note that the configuration of the
また、本発明でいう「結像光学系」とは、表示パネルの表面近傍(本実施の形態では、透明板14の観察者側の主面近傍)と撮像部の受光面とに焦点を有し、表示パネルの表面近傍の像を受光面に結像させるレンズ系をいう。図3の例では、結像光学系は、レンズ素子30のみによって構成されているが、複数のレンズ素子を備えたレンズ群で構成されていても良い。但し、シフト光学系を構成する場合は、結像光学系は、斜め光が蹴られずにレンズ系を透過するように設計されている必要がある。この場合、結像光学系は、シフト光学系が構成されない場合に比べて、大口径のレンズ系によって構成する必要がある。 In addition, the “imaging optical system” in the present invention is focused on the vicinity of the surface of the display panel (in this embodiment, the vicinity of the main surface on the observer side of the transparent plate 14) and the light receiving surface of the imaging unit. A lens system that forms an image near the surface of the display panel on the light receiving surface. In the example of FIG. 3, the imaging optical system is configured by only the lens element 30, but may be configured by a lens group including a plurality of lens elements. However, when configuring the shift optical system, the imaging optical system needs to be designed so that the oblique light is not kicked and transmitted through the lens system. In this case, the imaging optical system needs to be configured by a lens system having a large aperture as compared with the case where the shift optical system is not configured.
次に、検出光源部7の構成について、図4及び図5を用いて具体的に説明する。図4は、図1に示した断面図の一部を拡大して示す部分断面図である。図5は、図1及び図2に示した検出光源部の概略構成を示す図であり、図5(a)は検出光の出射方向に沿って切断した断面図、図5(b)は正面図である。
Next, the configuration of the detection
本実施の形態においては、図5(a)及び(b)に示すように、検出光源部7は、並列に配置された複数個の光源15を備えている。各光源15それぞれの出射方向は一致している。また、光源15としては、発光ダイオードが用いられている。更に、検出光源部7は、各光源15から出射された検出光の最も輝度の高い方向が、表示領域3に対して平行な方向となるように配置されている。なお、18は、検出光源部7のフレームであり、19は、各光源15をフレーム15に固定する樹脂製の固定部材である。また、20は、透明の樹脂材料によって形成された導光路である。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 5A and 5B, the detection
また、図4及び図5(b)に示すように、検出光源部7は、検出光の表示パネル2の厚み方向における発散度を制限する制限部材を備えている。本実施の形態では、板状の遮光部材16及び17が制限部材として用いられている。遮光部材17は、各光源15の表示領域3側に配置されており、遮光部材16は、各光源15の表示領域側の反対側、つまり透明板14側に配置されている。また、遮光部材16及び17の例としては、検出光を透過させない部材、例えば、検出光を反射させる反射部材や、検出光を吸収する吸収部材が挙げられる。このうち、光源15の発散度を制限するという観点からは、吸収部材が好ましい。
As shown in FIGS. 4 and 5B, the detection
よって、遮光部材16及び17により、光源15から出射された検出光の表示パネル2の厚み方向における出射角は、図1及び図4に示すように、角αから角γ(α>γ)へと狭められることとなる。また、この結果、検出光が表示領域3の周縁上において到達する高さ(透明板14の観察者側の主面からの高さ)は、制限されることとなる。ここで、制限部材による効果について以下に説明する。
Therefore, the emission angle of the detection light emitted from the
表示パネル2の観察者側に存在する被写体1を読み取るため、図1に示すように、撮像部4は表示パネル2の裏面側に配置するのが好ましい。一方、表示パネル2の裏面での反射による撮像への悪影響を防ぐため、図1に示すように、検出光源部7は、表示パネル2の観察者側に配置するのが好ましい。また、表示領域3全体に検出光を照射するため、光源15から出射された検出光は、表示パネル2の面方向において発散するのが好ましい。
In order to read the subject 1 existing on the viewer side of the
しかしながら、一般に、光は、進行方向に対して垂直な全ての方向に発散する。このため、光源15から出射された検出光は、表示パネル2の面方向のみならず、厚み方向においても発散する。このため、図1に示したように、検出光は、表示領域3から離れたところにも到達する。また、検出光が届く範囲内に存在する被写体は、全て、検出光を反射するため、表示領域3からの高さに関係なく撮像部4によって撮像されてしまう。
In general, however, light diverges in all directions perpendicular to the direction of travel. For this reason, the detection light emitted from the
この場合、撮像部4においては、被写体の表示領域3からの高さ(表示パネルの厚み方向における距離)に関する情報は得られないため、撮像された画像に基づいて、被写体がセンシング面に密着しているかどうかを判別することは困難である。よって、表示装置の撮像機能をタッチパネルとして利用することは難しいとも考えられる。また、このことは、実施の形態のように、検出光の利用効率を図るために、表示領域3の観察者側に透明板14を配置して、透明板14の観察者側の主面をセンシング面とした場合は、特に顕著となる。
In this case, the
また、図1に示すように、表示領域3の中央部分と周縁部分とでは、検出光が届く範囲は異なる。このため、場所によって、必要ない被写体が撮像されたり、逆に、必要な被写体が撮像されなかったりといった、センシング精度が低いという問題が生じてしまう可能性がある。更に、各光源15から出射された検出光は、表示パネル2の裏面側へも発散するため、撮像部4に検出光が直接入射する可能性もある。この場合、撮像品位が低下してしまう。
Further, as shown in FIG. 1, the range in which the detection light reaches is different between the central portion and the peripheral portion of the
これに対して、本実施の形態においては、図1、図4及び図5(b)に示すように、遮蔽部材16及び17によって、各光源15から出射された検出光の表示パネル2の厚み方向における発散度が制限される。このため、表示パネル2の厚み方向において検出光が届く範囲を小さくでき、表示パネル2の表示領域3から離れた位置にある物体までもが撮像されてしまうのを抑制できる。よって、本実施の形態によれば、表示装置の撮像機能をタッチパネルとして利用することも可能となる。また、本実施の形態によれば、検出光が届く範囲のばらつきは小さくなるため、センシング精度の向上を図ることもできる。更に、撮像部4に検出光が直接入射するのを抑制できるため、撮像品位の低下も抑制できる。
On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIGS. 1, 4 and 5B, the thickness of the
また、上述の効果を確実なものとするため、本実施の形態において、発散度が制限された検出光の表示パネル2の厚み方向における出射角γは、下記式(1)及び下記式(2)を満足するように設定されているのが好ましい。遮蔽部材16及び17は、出射角γが下記式(1)及び下記式(2)を満足するように形成するのが好ましい。
In order to secure the above-described effect, in the present embodiment, the emission angle γ in the thickness direction of the
(数5)
(a/2)tan(γ/2)<z<b ・・・・・・(1)
(Equation 5)
(A / 2) tan (γ / 2) <z <b (1)
(数6)
z=(a+d)tan(γ/2)−c ・・・・・・(2)
(Equation 6)
z = (a + d) tan (γ / 2) −c (2)
上記式(1)及び(2)において、図1に示すように、aは、一の光源15に最も近い表示領域3の周縁上の点からそれに対向する別の周縁上の点までの距離である。本実施の形態では、表示領域3の形状が矩形であることから、aは表示領域3の一辺の長さに相当する。
In the above formulas (1) and (2), as shown in FIG. 1, a is a distance from a point on the peripheral edge of the
また、図1に示すように、bは、検出光が表示領域3の周縁の観察者側において到達できる高さ(透明板14の観察者側の主面が基準)の上限値である。bの値は、表示パネルの大きさに応じて予め設定される。例えば、表示パネル2の大きさが30インチ程度である場合は、bは5mm〜20mm程度に設定される。
Further, as shown in FIG. 1, b is an upper limit value of the height that the detection light can reach on the viewer side at the periphery of the display area 3 (the main surface on the viewer side of the
図1及び図4に示すように、cは、光源15の発光面の中心を含み、且つ、表示領域3に平行な面と、透明板14の観察者側の主面との距離である。また、本実施の形態では、光源15は、先端に球形の部分を有しており、先端の頂点が発光面の中心となる。
As shown in FIGS. 1 and 4, c is a distance between a plane including the center of the light emitting surface of the
図1及び図4に示すように、dは、一の光源15の発光面の中心を通り、且つ、表示領域3に垂直な線と、該一の光源15に最も近い表示領域の周縁上の点を通り、且つ、表示領域3に垂直な線との距離である。つまり、dは、観察者側から表示パネル2をみたときの、光源15の発光面の中心と表示領域3との距離に相当する。
As shown in FIGS. 1 and 4, d is a line that passes through the center of the light emitting surface of one
図1に示すように、zは、遮蔽部材16及び17によって発散が制限された検出光が、表示領域3の周縁の観察者側において到達している高さ(透明板14の観察者側の主面が基準)の最大値である。
As shown in FIG. 1, z is the height at which the detection light whose divergence is restricted by the shielding
例えば、表示パネル2の大きさが30インチ、表示領域3のアスペクト比が16:9、表示領域3の長辺の長さが664mm、表示領域3の短辺の長さが374mmの場合は、出射角γの値は、以下の通りとなる。なお、bが10mm、cが5mm、dが20mmに設定されているとする。
For example, when the size of the
先ず、表示領域3の短辺に沿って配置された検出光源部7について考える。このとき、aは664mmとなるから、上記式(1)及び(2)は下記式(3)及び(4)のように書き換えることができる。
First, the detection
(数7)
332tan(γ/2)<z<10 ・・・・・(3)
(Equation 7)
332 tan (γ / 2) <z <10 (3)
(数8)
z=684tan(γ/2)−5 ・・・・・(4)
(Equation 8)
z = 684 tan (γ / 2) −5 (4)
そして、bより小さい範囲でzの採りうる範囲を決定し、上記(3)及び(4)から、zが決定された範囲で変動したときのγの変動する範囲を算出する。この場合、例えば、γ=0.8°〜1.3°と算出される。よって、表示領域3の短辺に沿って配置された検出光源部7においては、遮蔽部材16及び17は、γ=0.8°〜1.3°となるように形成すれば良い。
Then, a range where z can be taken is determined within a range smaller than b, and a range in which γ varies when z varies within the determined range is calculated from the above (3) and (4). In this case, for example, γ = 0.8 ° to 1.3 ° is calculated. Therefore, in the detection
次に、表示領域3の長辺に沿って配置された検出光源部7について考える。このとき、aは374mmとなるから、上記式(1)及び(2)は下記式(5)及び(6)のように書き換えることができる。
Next, the detection
(数9)
187tan(γ/2)<z<10 ・・・・・(5)
(Equation 9)
187 tan (γ / 2) <z <10 (5)
(数10)
z=394tan(γ/2)−5 ・・・・・(6)
(Equation 10)
z = 394 tan (γ / 2) −5 (6)
そして、上述した短辺の場合と同様に、bより小さい範囲でzの採りうる範囲を決定し、上記(5)及び(6)から、zが決定された範囲で変動したときのγの変動する範囲を算出する。この場合は、例えば、γ=1.4°〜2.2°と算出される。よって、表示領域3の長辺に沿って配置された検出光源部7においては、遮蔽部材16及び17は、γ=1.4°〜2.2となるように形成すれば良い。
Then, as in the case of the short side described above, a range in which z can be taken is determined within a range smaller than b, and from (5) and (6), γ varies when z varies within the determined range. The range to be calculated is calculated. In this case, for example, γ = 1.4 ° to 2.2 ° is calculated. Therefore, in the detection
また、本実施の形態において、検出光源部7の構成は、図1、図4及び図5に示した例に限定されるものではない。検出光源部7の他の例について図6〜図8を用いて説明する。図6〜図8は、本実施の形態における表示装置に用いることができる検出光源部の他の例を示す断面図である。なお、図6〜図8は、図4と同様に、表示装置の一部分を拡大して示している。
Moreover, in this Embodiment, the structure of the detection
図6の例では、光源15の表示領域3側のみに、制限部材となる遮光部材17が配置されている。また、光源15は、それから出射された検出光の最も輝度の高い方向(図中矢印で示す方向)が、表示領域3の裏側において表示領域3から次第に遠ざかる方向となるように配置されている。
In the example of FIG. 6, a
このように、図6の例は、光源15の出射方向を表示パネル2の裏面側に傾斜させることによって、検出光が表示領域3の周縁の観察者側において到達できる高さを制限している。一方、検出光の撮像部4への入射は、遮光部材17によって制限される。このため、図6の例を用いた場合も、図4及び図5に示した例と同様に、光源15から出射された検出光の表示パネル2の厚み方向における出射角は、角αから角γ(α>γ)へと狭められる。
As described above, in the example of FIG. 6, the height at which the detection light can reach the observer side on the periphery of the
また、図7の例では、光源15の透明板14側のみに、制限部材16が配置されている。更に、光源15は、それから出射された検出光の最も輝度の高い方向が、表示領域3の観察者側において表示領域3から次第に遠ざかる方向となるように配置されている。
In the example of FIG. 7, the limiting
このように、図7の例では、図6の例と異なり、遮光部材16によって、検出光が表示領域3の周縁の観察者側において到達できる高さが制限されている。また、図6の例と異なり、検出光の撮像部4への入射は、光源15の出射方向を表示パネル2の観察者側に傾斜させることによって制限されている。図7の例を用いた場合も、図6に示した例と同様に、光源15から出射された検出光の表示パネル2の厚み方向における出射角は、角αから角γ(α>γ)へと狭められる。
As described above, in the example of FIG. 7, unlike the example of FIG. 6, the height at which the detection light can reach the observer side on the periphery of the
図8の例では、図1、図4、図5、図6及び図7に示した例と異なり、制限部材として、レンズ素子23が用いられている。レンズ素子23は、その光軸が検出光の最も輝度が高い方向と一致するように配置されている。図8の例によれば、光源15から出射された検出光はレンズ素子23によって収束されるので、光源15から出射された検出光の表示パネル2の厚み方向における出射角は、角αから角γ(α>γ)へと狭められる。
In the example of FIG. 8, unlike the examples shown in FIGS. 1, 4, 5, 6, and 7, a
但し、図8の例では、検出光の面方向への広がりも制限される。よって、図8の例を採用する場合においては、図5〜図7の例を採用する場合よりも、光源15間のピッチを小さくし、より多くの光源15を搭載するのが好ましい。
However, in the example of FIG. 8, the spread of the detection light in the surface direction is also limited. Therefore, in the case where the example of FIG. 8 is adopted, it is preferable that the pitch between the
以上のように、図6〜図8に示した検出光源部7を用いた場合も、図1、図4及び図5に示した検出光源部7を用いた場合と同様に、検出光の出射角を小さくすることができる。よって、これらの場合においても、表示パネル2の表示領域3から離れた位置にある物体までもが撮像されてしまうのを抑制でき、表示装置のタッチパネルとしての利用を可能なものとできる。また、検出光が届く範囲のばらつきの抑制により、センシング精度の向上を図ることもできる。更に、撮像部4に検出光が直接入射するのを抑制できるため、撮像品位の低下も抑制できる。
As described above, when the detection
また、光源15から出射される検出光の波長は、特には限定されるものではないが、本実施の形態においては、上述したように、可視領域以外の領域に設定されているのが好ましい。具体的には、検出光の波長は、700nm以上、好ましくは800nm以上、特に好ましくは850nm以上に設定するのが良い。このような範囲に設定すると、表示パネル2が液晶表示パネルである場合に、液晶表示パネルを構成するカラーフィルタや偏光板に対する検出光の透過率を高めることができるからである。また、一般に、波長が1000nmを超える光を受光できる固体撮像素子は、高価であることから、検出光の波長の上限は、1000nm以下とするのが好ましい。
Further, the wavelength of the detection light emitted from the
また、検出光の波長が赤外領域に設定されている場合に、被写体1によって反射された可視光線が撮像部4に入射すると、この可視光線はノイズ成分となる。また、ここでいう可視光線としては、表示パネル2が液晶表示パネルの場合は、バックライトから出射され、表示パネル2を通過した照明光や、表示装置の外部からの光が挙げられる。このため、本実施の形態においては、図3に示した光学フィルタ31として、波長が700nm以上、好ましくは800nm以上、特に好ましくは850nm以上の光のみを透過させるハイパスフィルタを用いるのが良い。
In addition, when the wavelength of the detection light is set in the infrared region, when visible light reflected by the subject 1 enters the
以上のように、本発明の表示装置は、入力機能を備えており、パーソナルコンピュータ、テレビ、ゲーム機器等の表示装置として有用であり、産業上の利用可能性を有している。 As described above, the display device of the present invention has an input function, is useful as a display device for personal computers, televisions, game machines, and the like, and has industrial applicability.
1 被写体
2 表示パネル
2a フィルタ基板
2b 液晶層
2c アクティブマトリクス基板
3 表示領域
4 撮像部
5 バックライト装置
6 蛍光ランプ
7 検出光源部
8 筐体
9 拡散板
10 拡散シート
11 プリズムシート
12 反射/偏光シート
13 光学層
14 透明板
15 検出光源部の光源
16、17 制限部材(遮蔽部材)
18 検出光源部のフレーム
19 固定部材
20 導光路
21 表示装置のフレーム
22 透明板と表示領域との間の空間
30、35 レンズ素子(結像光学系)
30a、35a 光軸
31 光学フィルタ
32 固体撮像素子
32a 固体撮像素子の受光面の中心を通る法線
33、36 撮像部のフレーム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
DESCRIPTION OF
30a,
Claims (11)
前記検出光源部は、前記表示パネルの観察者側における表示領域の周辺に配置され、且つ、前記検出光の前記表示パネルの厚み方向における発散度を制限する制限部材を備え、
前記撮像部は、観察者側から前記表示パネルに入射し、且つ、前記表示パネル及び前記結像光学系を通過する前記検出光を受光して、前記表示パネルの観察者側における状態を撮像することを特徴とする表示装置。 A display panel having optical transparency, an imaging unit having an imaging optical system, and a detection light source unit having a light source for emitting detection light to the viewer side of the display panel,
The detection light source unit is disposed around a display area on the viewer side of the display panel, and includes a limiting member that limits the divergence of the detection light in the thickness direction of the display panel,
The imaging unit receives the detection light that is incident on the display panel from the observer side and passes through the display panel and the imaging optical system, and images the state of the display panel on the observer side. A display device characterized by that.
前記透明板は、前記表示領域との間に空間が形成されるように配置され、
前記検出光源部は、前記検出光が前記空間から前記透明板の観察者側へと出射されるように、前記空間内に配置されている請求項1に記載の表示装置。 On the viewer side of the display panel, comprising a transparent plate covering the display area of the display panel,
The transparent plate is disposed so that a space is formed between the display area and the display area.
The display device according to claim 1, wherein the detection light source unit is arranged in the space so that the detection light is emitted from the space to an observer side of the transparent plate.
前記光源は、出射された前記検出光の最も輝度の高い方向が、前記表示領域に対して平行な方向となるように配置されている請求項3に記載の表示装置。 The light shielding member serving as the limiting member is disposed on the display region side and the opposite side of the light source,
The display device according to claim 3, wherein the light source is disposed such that a direction in which the emitted detection light has the highest luminance is parallel to the display area.
前記光源は、出射された前記検出光の最も輝度の高い方向が、前記表示領域の裏側において前記表示領域から次第に遠ざかる方向となるように配置されている請求項3に記載の表示装置。 The light shielding member serving as the limiting member is disposed on the display area side of the light source,
4. The display device according to claim 3, wherein the light source is arranged such that a direction in which the emitted detection light has the highest luminance is a direction gradually moving away from the display area on the back side of the display area.
前記光源は、出射された前記検出光の最も輝度の高い方向が、前記観察者側において前記表示領域から次第に遠ざかる方向となるように配置されている請求項3に記載の表示装置。 The light shielding member serving as the limiting member is disposed on the opposite side of the display area side of the light source,
The display device according to claim 3, wherein the light source is arranged so that a direction in which the emitted detection light has the highest luminance is a direction gradually moving away from the display region on the viewer side.
前記レンズ素子は、その光軸が、出射された前記検出光の最も輝度の高い方向と一致するように配置されている請求項1または2に記載の表示装置。 The limiting member is a lens element;
The display device according to claim 1, wherein the lens element is arranged so that an optical axis thereof coincides with a direction in which the luminance of the emitted detection light is highest.
前記検出光が前記表示領域の周縁の観察者側において到達できる、前記透明板の観察者側の主面からの高さの上限値をbとし、
前記光源の発光面の中心を含み、且つ、前記表示領域に平行な面と、前記透明板の観察者側の主面との距離をcとし、
前記光源の発光面の中心を通り、且つ、前記表示領域に垂直な線と、前記光源に最も近い前記表示領域の周縁上の点を通り、且つ、前記表示領域に垂直な線との距離をdとし、
前記検出光が前記表示領域の周縁の観察者側において到達している、前記透明板の観察者側の主面からの高さの最大値をzとしたときに、
前記制限部材によって発散度が制限された前記検出光の前記表示パネルの厚み方向における出射角γが、下記式(1)及び下記式(2)を満足するように設定されている請求項2に記載の表示装置。
(数1)
(a/2)tan(γ/2)<z<b ・・・・・・(1)
(数2)
z=(a+d)tan(γ/2)−c ・・・・・・(2) A is a distance from a point on the periphery of the display area closest to the light source to a point on the other edge opposite to the point
The upper limit value of the height from the main surface on the observer side of the transparent plate that can be reached on the observer side at the periphery of the display region is b,
The distance between the surface including the center of the light emitting surface of the light source and parallel to the display area and the main surface on the viewer side of the transparent plate is c,
A distance between a line passing through the center of the light emitting surface of the light source and perpendicular to the display area and a line passing through a point on the periphery of the display area closest to the light source and perpendicular to the display area d
When the maximum value of the height from the main surface on the observer side of the transparent plate, which is reached on the observer side at the periphery of the display region, is z,
The emission angle γ in the thickness direction of the display panel of the detection light, the divergence of which is limited by the limiting member, is set so as to satisfy the following formula (1) and the following formula (2). The display device described.
(Equation 1)
(A / 2) tan (γ / 2) <z <b (1)
(Equation 2)
z = (a + d) tan (γ / 2) −c (2)
前記撮像部が、700nm以上の波長の光のみを受光する請求項1〜8のいずれかに記載の表示装置。 The light source is a light emitting diode that emits light having a wavelength of 700 nm or more;
The display device according to claim 1, wherein the imaging unit receives only light having a wavelength of 700 nm or more.
前記撮像部が、800nm以上の波長の光のみを受光する請求項9に記載の表示装置。 The light source emits light having a wavelength of 800 nm to 1000 nm;
The display device according to claim 9, wherein the imaging unit receives only light having a wavelength of 800 nm or more.
The display device according to claim 1, wherein the display panel is a liquid crystal display panel or an EL display panel.
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