JP2007271709A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】偏光板を用いて特定の表示が視認できるだけではなく偏光板を用いない場合でも表示部に表示効果を持たせた画像表示装置を得る。
【解決手段】本画像表示装置は、第一描画データ１を表示する表示部３と、表示部３から出射された光のうち第１の偏光面を有する偏光のみを透過させる偏光板４と、偏光板４を透過した偏光の偏光方向を変化させる液晶フィルタ６と、液晶フィルタ６を制御して第二描画データ２に基づいた領域を透過する偏光の偏光面を第２の偏光面に変化させる偏光方向制御手段５と、液晶フィルタ６を透過した偏光のうち第２の偏光面を有する偏光のみを透過させる偏光板１０とを備えている。
【選択図】図２

Description

この発明は、複数の画像データを同時に表示させる画像表示装置に関するものである。

従来の偏光を用いて特定の表示を行う技術は、光の特性、即ち横波でありかつ任意の偏光に分離できるという性質を用いて、ある特定者のみに表示内容が認知できるような表示を実現していた（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１記載の液晶表示装置は、液晶ディスプレイの最前面の偏光板を外した表示装置を、一般市販の偏光眼鏡を用いて見る特定者にのみ表示内容が認知できるという手法である。具体的には、表示部最背面に配する光源の光が、前記光源の前面に配する偏光板により任意の偏光面へと偏光し、前記偏光板の前面に配する液晶表示板にて前記偏光がそのまま透過、または元の偏光面と垂直になるように偏光面が変えられ透過する。前記表示部をそのまま見ても内容を認知することはできないが、前記２種類の直交する偏光の片方を透過させるような偏光眼鏡を装着した特定者は、どちらか一方の偏光面を持つ光のみを視認できるため、ある特定の表示内容が認知できる。
また、特許文献１記載の液晶表示装置を用いれば、同一のディスプレイを見る際に、意味のある情報を特定者（偏光眼鏡使用者）にのみ認知可能にし、それ以外の不特定者には認知不可能にさせることができる。

特開平０５−１７３１２６号公報

従来の画像表示装置は、以上のように構成されていたので、偏光眼鏡を用いた場合にはある特定の表示が可能であるが、偏光眼鏡を用いずに表示を見た場合には液晶表示部により光の偏光面は変わっているものの、視覚的には偏光面の差は認知できないために光源からの光をそのまま視認することしかできなかった。
即ち、偏光眼鏡を用いない場合には表示部は光源としての機能しかなく、特定の表示を行うことができないという課題があった。

この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、偏光板を用いて特定の表示が視認できるだけではなく、偏光板を用いない場合でも表示部（光源自体）に表示効果を持たせた画像表示装置を得ることを目的とする。

この発明に係る画像表示装置は、第１の描画データを表示する第１の表示部と、前記第１の表示部の表示方向に配置され、第１の表示部から出射された光のうち第１の偏光面を有する偏光のみを透過させる第１の偏光板と、前記第１の偏光板の出射方向に配置され、第１の偏光板を透過した偏光の偏光方向を変化させる液晶フィルタと、前記液晶フィルタを制御して、第２の描画データに基づいた領域を透過する偏光の偏光面を第２の偏光面に変化させる偏光方向制御手段と、前記液晶フィルタの出射方向に配置され、液晶フィルタを透過した偏光のうち第２の偏光面を有する偏光のみを透過させる第２の偏光板とを備えたものである。

この発明によれば、液晶フィルタ越しに見れば、第１の描画データを見ることができ、それに加えて第２の偏光板を介して見れば、第２の描画データを見ることができる。従って、第１の表示部（光源）に表示効果を持たせているので、１つの表示部で２つの表示内容を見ることができる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る画像表示装置の構成を模式的に示した図である。
図１において、実施の形態１に係る画像表示装置は、表示部３と、偏光板４と、偏光方向制御手段５と、液晶フィルタ６と、表示部８と、ハーフミラー９と、偏光板１０を備えている。

表示部３は、その表示面から光を出射して第一描画データ１を表示する表示装置である。
偏光板４は光学素子であり、表示部３の表示面に対して平行かつ光の進行方向（対向する位置）に配置される。そして、偏光板４は、表示部３の表示面から出射された光のうち、自身の偏光面に一致する（平行な）偏光面を有する偏光のみを透過させて直線偏光とする。

偏光方向制御手段５は、液晶フィルタ６と接続され、第二描画データ２に基づいて偏光制御を行う。具体的には、液晶フィルタ６を制御して液晶の一部に対して電圧を加え、液晶分子の向きを電界方向に沿って変化させる。
液晶フィルタ６は光学素子であり、偏光板４の表示面に対して平行かつ光の進行方向（対向する位置）に配置される。そして、液晶フィルタ６は、偏光方向制御手段５により上記のように制御され、入射した第一描画データ１の直線偏光をそのまま透過させる。或いは、光の振動方向を90度捻ることにより、入射した直線偏光の偏光面を元の偏光面に対して垂直に変化させて透過させる。

表示部８は、背景データ７を表示する表示装置であり、その表示面の垂線が、液晶フィルタ６と後述の偏光板１０とを結ぶ線分と直交するように配置される。
ハーフミラー９は光学素子であり、表示部８の表示面の垂線と後述の偏光板１０の垂線とが直交する交点に配置される。また、ハーフミラー９は、表示部８の表示面に対して光の進行方向に45度傾けて配置されている。
ハーフミラー９は、表示部８で背景データ７を表示する際に表示部８の表示面から出射される光と、液晶フィルタ６を透過した光について、それぞれを半分透過させ、半分を反射させる。従って、表示部８の表示面から出射される光の半分は、反射角45度（＝入射角）で反射され、後述の偏光板１０に入射する。また、液晶フィルタ６を透過した光の半分も、ハーフミラー９を透過して偏光板１０に入射する。

偏光板１０は光学素子であり、液晶フィルタ６の表示面に対して平行かつ光の進行方向に配置される。また、偏光板１０、偏光板４の偏光面同士は直交するものとする。
偏光板１０は、液晶フィルタ６及びハーフミラー９を透過した、２つの直交した偏光のうち、自身の偏光面と一致する（平行な）偏光面を有する方を透過させる。また、表示部８の表示面から出射され、ハーフミラー９で反射された光を透過させる。

次に動作について説明する。図２は、図１の画像表示装置の動作を説明するための図である。
図２において、一例として、表示画面サイズが１６００×１２００ピクセルであり、その座標系は、左上端を（０，０）、右下端を（１５９９，１１９９）としている。
第一描画データ１の内容は、中心座標（５００，６００）で半径３００の丸と、3点（１２００，２５０），（９００，９５０），（１５００，９５０）を結んだ三角形をそれぞれ第１のカラー色、第２のカラー色で塗り潰した図形である。
第二描画データ２の内容は、第一描画データ１の図形の範囲に含まれるような大きさの文字列“ＡＢ”である。図２では、文字“Ａ”は上記丸の範囲に含まれ、文字“Ｂ”は上記三角形の範囲に含まれている。また、第二描画データ２は２値画像であり、“ＡＢ”が描かれている領域の画素値を“１”、それ以外の領域の画素値は“０”と表現されているものとする。

先ず、表示部３により第一描画データ１を表示する。偏光板４では、表示部３の表示による光を直線偏光にして透過させる。液晶フィルタ６は、第二描画データ２を制御信号として偏光方向制御手段５により部分的に偏光面を変える。図２では、第二描画データ２の文字列“ＡＢ”の書いてある領域は画素値“１”であるため、文字列“ＡＢ”に対応する液晶フィルタ６の部分領域を透過する偏光の偏光面を９０度回転させ、またそれ以外の領域に関してはそのまま透過させる。液晶フィルタ６を透過した光は、２つの偏光面が直交する光であるが、人間の目は偏光を識別できないため、この時点での画面の視認者には第一描画データ１と同様の内容が見える（図２中の「液晶フィルタ６透過後の表示内容」を参照）。

ハーフミラー９は、入射した光を半々に透過、反射するため、液晶フィルタ６を透過した光と、表示部８での背景データ７の表示による光を透過、反射する。即ち、液晶フィルタ６を透過した光の半分はハーフミラー９を透過して偏光板１０に入射し、表示部８での表示による光の半分はハーフミラー９で反射されて偏光板１０に入射する。

偏光板１０は、入射した液晶フィルタ６からの光と表示部８からの光を直線偏光する。この際、偏光板１０の偏光面は偏光板４の偏光面と直交しているので、液晶フィルタ６を透過した偏光板１０の偏光面に直交する光、即ち、文字列“ＡＢ”に対応する領域以外を透過した光を遮断する。また、偏光板１０の偏光面に平行な光、即ち、文字列“ＡＢ”に対応する領域を透過した光はそのまま透過させる。

その結果、偏光板１０を透過する光は、第二描画データ２の文字列“ＡＢ”の領域の光と背景データ７を表示した表示部８の光となり、偏光板１０を通して表示部３を見ることにより、第１のカラー色で塗り潰された文字“Ａ”と第２のカラー色で塗り潰された文字“Ｂ”とそれ以外の領域が背景データ７で塗り潰された表示を見ることができる（図２中の「偏光板１０透過後の表示内容」を参照）。これは第二描画データ２と同様の内容を表現していることになる。

以上のように、この実施の形態１によれば、液晶フィルタ６越しに見れば第一描画データ１が、それに加えて偏光板１０を介して見れば第二描画データ２が見えるので、１つの表示画面で２つの表示内容を見ることができる。
また、ハーフミラー９を用いて背景データ７の半分の光を反射により取り入れることで、偏光により光の透過しない黒く見える部分が背景データ７により代替されるので、光の透過しない部分にも任意の描画データを表示させることができる。

なお、表示部８の変わりに自然光、光源の光等を取り入れ、周辺環境を背景部にする等のことも可能である。
また、液晶フィルタ６にて第二描画データ２の文字列“ＡＢ”の書いてある領域はそのまま透過させ、その他の領域は偏光面を９０度回転させることで、文字列“ＡＢ”のみ背景データ７を表示させ、その他の領域は第一描画データ１を表示させて、第二描画データ２を表現することも可能である。

実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２について説明する。実施の形態１では、偏光の特性を利用して、液晶フィルタ６越しに見れば第一描画データ１が、更に偏光板１０を介して見れば第二描画データ２が見えるようにしたものである。
それに加えて、実施の形態２では、各種の画像遷移方法を用いて第一描画データ１を切り替える場合を示す。

図３は、この発明の実施の形態２に係る画像表示装置の構成を模式的に示した図である。
図３において、実施の形態２に係る画像表示装置は、図１の構成に加えて、時間計測手段１０３と、画像遷移手段１０４と、描画データ更新手段１０５を備えている。なお、図１と同一の構成については説明を省略する。

旧第一描画データ１０１、新第一描画データ１０２はそれぞれ切り替える前と後の第一描画データ１である。
時間計測手段１０３は、任意のタイミングで時間（時刻）を取得して、時間信号として送信する。
画像遷移手段１０４は、旧第一描画データ１０１を新第一描画データ１０２に遷移させる。
描画データ更新手段１０５は、画像遷移手段１０４により遷移された描画データ１を、時間計測手段１０３の時間信号のタイミングで描画データ１を更新する手段である。

次に、動作について説明する。画像遷移方法の一例として、第一描画データ１が画面右から左にスクロールする場合について説明する。
先ず、画像遷移手段１０４では、旧第一描画データ１０１から新第一描画データ１０２へ右から左へのスクロールを使用して遷移させる。

図４は、図３中の画像遷移手段の動作を説明するための図である。図４では、一例として、画像遷移手段１０４の表示領域を６×４ピクセルとする。また、表示領域の座標系は左上端を（０，０）、右下端を（５，３）とする。

図４（ａ）は初期状態を示しており、旧第一描画データ１０１が4点（０，０），（０，３），（５，３），（５，０）で囲まれる領域に位置し、新第一描画データ１０２が4点（６，０），（６，３），（１１，３），（１１，０）で囲まれる領域に位置するものである。

図４（ａ）の状態から、旧第一描画データ１０１が表示領域から消えるまで左に平行移動する。即ち、点（５，０），（５，３）がそれぞれ点（−１，０）、（−１，３）に移るまで任意の速度で平行移動する。それと同様の速度で、表示領域外にあった新第一描画データ１０２が表示領域内に全て入るまで左に平行移動する。即ち、点（６，０），（６，３）がそれぞれ点（０，０），（０，３）に移るまで平行移動する。

図４（ｂ）は、上記スクロールを半分行った状態を示したものである。この時、旧第一描画データ１０１の点（５，０），（５，３）が点（２，０），（２，３）に移るように平行移動し、また新第一描画データ１０２の点（６，０），（６，３）が点（３，０），（３，３）に移るように平行移動した状態である。

図４（ｃ）は、表示領域に新第一描画データ１０２が全て移動した状態を示しており、旧第一描画データ１０１が4点（−６，０），（−６，３），（−１，３），（−１，０）で囲まれる領域に位置し、新第一描画データ１０２が4点（０，０），（０，３），（５，３），（５，０）で囲まれる領域に位置するものである。

次に、描画データ更新手段１０５は、時間計測手段１０３から入力される時間信号のタイミングで、画像遷移手段１０４にて旧第一描画データ１０１から新第一描画データ１０２へ遷移された画像を取得して更新し、最終的な第一描画データ１を生成する。
なお、以降の動作は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

以上のように、この実施の形態２によれば、画像遷移手段１０４で右から左へと画像がスクロールして遷移させることにより、描画データ更新手段１０５でその遷移画像を取得して、第１描画データを容易に更新することができる。即ち、画像遷移を用いた描画データの表示切替が可能である。

なお、第二描画データ２、背景データ７に対して、それぞれ２つの（新旧）描画データを用意し、第一描画データ１と同様にスクロールによる遷移を行って切替更新をすることも可能である。
また、右から左へのスクロールだけでなく、２枚の描画データを用いて行うワイプ（画面の割り込み）やディゾルブ（オーバーラップ）等の画像遷移方法を適用することもできる。

実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３について説明する。実施の形態１では、偏光の特性を利用して、液晶フィルタ６越しに見れば第一描画データ１が、更に偏光板１０を介して見れば第二描画データ２が見えるようにしたものである。更に、ハーフミラー９を用いて背景データ７の半分の光を反射により取り入れることで、偏光により光の透過しない黒く見える部分を背景データ７により代替している。
それに加えて、実施の形態３では、第二描画データ２を表示する際の第一描画データ１と背景データ７のハーフミラー９による重ね合わせにおいて、光度の自動調整を行うものである。

図５は、この発明の実施の形態３に係る画像表示装置の構成を模式的に示した図である。
図５において、実施の形態３に係る画像表示装置は、実施の形態１の構成に加えて、描画データ合成手段１１と、光度計算手段１４，１６と、光度比較手段１７と、背景生成手段１８を備えている。なお、図１と同一の構成については説明を省略する。

描画データ合成手段１１は、第一描画データ１と第二描画データ２を入力して、偏光板１０を通したときに見える表示である、合成描画データ１２を出力する。
表示発光効率データ１３は、表示部３、偏光板４及び液晶フィルタ６を総合した際のディスプレイ（表示装置）の発光効率データであり、予め規定されている。
光度計算手段１４は、合成描画データ１２と表示発光効率データ１３から、偏光板１０を透過する範囲（実施の形態１であれば第二描画データ２の文字列“ＡＢ”の領域）のディスプレイでの平均光度を計算して、光度比較手段１７に出力する。
表示発光効率データ１５は、表示部８の発光効率データであり、予め規定されている。
光度計算手段１６は、背景データ７と表示発光効率データ１５より表示部８で背景データ７を表示する際の平均光度を計算し、光度比較手段１７に出力する。
光度比較手段１７は、光度計算手段１４，１６から出力された２つの平均光度を比較する。
背景生成手段１８は、光度比較手段１７から出力された光度比較結果を入力して、背景データ７の変換を行う。

次に、動作について説明する。一例として、表示部３、偏光板４及び液晶フィルタ６を総合したディスプレイの発光効率（表示発光効率データ１３）と、表示部８の発光効率（表示発光効率データ１５）が同じであるものとする。
また、合成描画データ１２の光の透過領域の平均光度に対して、背景データ７の平均高度が大きい場合に、背景データ７の表示部８での表示光度を、液晶フィルタ６透過後の光度より小さくするように光度の自動調整を行うものとして説明する。

先ず、描画データ合成手段１１は、第一描画データ１と第二描画データ２を用いて、合成描画データ１２を生成する。
次に、光度計算手段１４は、合成描画データ１２の輝度データと、表示発光効率データ１３から、液晶フィルタ６を透過した後の偏光板１０を透過する領域の平均光度、即ち、第二描画データ２の文字列“ＡＢ”にあたる領域の平均光度を計算する。
一方、光度計算手段１６は、背景データ７と表示発光効率データ１５を利用して、表示部８で背景データ７が表示される際の全画面の平均光度を計算する。
次に、光度比較手段１７は、光度計算手段１４と光度計算手段１６からの２つの平均光度を比較して、両者の大小関係及びその差分（光度差）を取得する。
最後に、背景生成手段１８は、光度比較手段１７での比較の結果、表示部８での平均光度が液晶フィルタ６透過後の平均光度より大きい場合、平均光度の差分を利用して背景データ７の輝度を小さくするように変換して、新たな背景データを生成する。
その結果、合成描画データ１１の光の透過領域の表示光度と、背景データ７の表示光度に差をつけることが可能となる。

以上のように、この実施の形態３によれば、表示部３、偏光板４及び液晶フィルタ６を総合したディスプレイでの平均光度と、表示部８での平均光度を算出し、またその差分を利用して背景データ７を再生成するので、ハーフミラー９での重ね合わせの光度の自動調整が可能となる。

なお、実施の形態３では、表示部８での平均光度が小さくなるように調整したが、逆に平均光度を大きくすることも可能である。

この発明の実施の形態１に係る画像表示装置の構成を模式的に示した図である。 図１の画像表示装置の動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態２に係る画像表示装置の構成を模式的に示した図である。 図３中の画像遷移手段の動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態３に係る画像表示装置の構成を模式的に示した図である。

符号の説明

１ 第一描画データ、２ 第二描画データ、３ 表示部、４ 偏光板、５ 偏光方向制御手段、６ 液晶フィルタ、７ 背景データ、８ 表示部、９ ハーフミラー、１０ 偏光板、１１ 描画データ合成手段、１２ 合成描画データ、１３ 表示発光効率データ、１４ 光度計算手段、１５ 表示発光効率データ、１６ 光度計算手段、１７ 光度比較手段、１８ 背景生成手段、１０１ 旧第一描画データ、１０２ 新第一描画データ、１０３ 時間計測手段、１０４ 画像遷移手段、１０５ 描画データ更新手段。

Claims (4)

1. 第１の描画データを表示する第１の表示部と、
   前記第１の表示部の表示方向に配置され、第１の表示部から出射された光のうち第１の偏光面を有する偏光のみを透過させる第１の偏光板と、
   前記第１の偏光板の出射方向に配置され、第１の偏光板を透過した偏光の偏光方向を変化させる液晶フィルタと、
   前記液晶フィルタを制御して、第２の描画データに基づいた領域を透過する偏光の偏光面を第２の偏光面に変化させる偏光方向制御手段と、
   前記液晶フィルタの出射方向に配置され、液晶フィルタを透過した偏光のうち第２の偏光面を有する偏光のみを透過させる第２の偏光板とを備えた画像表示装置。
2. 背景データを表示する第２の表示部と、
   前記液晶フィルタと前記第２の偏光板との間に配置され、前記第２の表示部から出射された光を反射させて前記第２の偏光板に入射させると共に、前記液晶フィルタから出射された偏光を透過させて前記第２の偏光板に入射させる光学素子とを備えることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
3. 時間を任意のタイミングで取得して、時間信号として出力する時間計測手段と、
   複数の画像間の遷移を行う画像遷移手段と、
   前記時間計測手段から出力される時間信号に従って、前記画像遷移手段から画像を取得して前記第１の描画データを更新する描画データ更新手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
4. 前記第１の描画データと前記第２の描画データとを入力し、合成描画データを生成する描画データ合成手段と、
   前記第１の表示部と前記第１の偏光板と前記液晶フィルタとを総合した表示装置の特性データと、前記合成描画データとを入力し、該表示装置で合成描画データを表示する際の光度を算出する第１の光度計算手段と、
   前記第２の表示部の特性データと前記背景データとを入力し、第２の表示部で背景データを表示する際の光度を算出する第２の光度計算手段と、
   前記第１の光度計算手段から出力される光度と前記第２の光度計算手段から出力される光度とを比較して光度差を算出する光度比較手段と、
   前記光度比較手段から出力された光度差に基づいて、前記第２の表示部で表示される背景データを再生成する背景生成手段とを備えることを特徴とする請求項２記載の画像表示装置。

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