JP2014077880A

JP2014077880A - 撮像装置付き表示装置

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Publication number: JP2014077880A
Application number: JP2012225213A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Nagano; 明彦長野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2012-10-10
Filing date: 2012-10-10
Publication date: 2014-05-01
Anticipated expiration: 2032-10-10
Also published as: KR20140046379A; US9491400B2; US20140098175A1; JP5963637B2; CN103728825A

Abstract

【課題】表示パネルの背面後方に使用者を撮影するカメラを配置すると、表示パネルの表示画素の周期構造に伴う回折の影響で撮影する画像が劣化してしまう。
【解決手段】二次元に配列された複数の光透過性の表示画素により画像を表示する表示手段と前記表示手段の前面の被写体からの被写体光を撮像するために前記表示手段の背面に配設された撮像手段とからなる撮像装置付き表示装置は、各表示画素に対応して配設された、被写体光の光路長を調整する複数の光透過性の位相調整手段を表示手段に有し、複数の位相調整手段は透過する被写体光の光軸方向に異なる厚さを有し、同じ厚さの位相調整手段は所定の周期で配設されていること特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、有機ＥＬ、液晶、プラズマ方式など比較的薄型の表示機器に一体的に撮像機器が備えたられた撮像装置付き表示装置に関し、特に、テレビ電話などのリアルタイム双方向通信などに好適な撮像装置付き表示装置に関する。

近年、通信網の目覚しい発展によりテレビ電話などのリアルタイム双方向通信が可能となった。テレビ電話は被写体像を電気的な画像信号に変換する撮像手段と電気的な画像信号を光信号に変換して表示する表示手段とから構成されている。テレビ電話の使用者は、表示手段の画面に映された相手の顔を見ながら会話をし、同時に、使用者の顔は撮像手段で撮影されて電気信号として相手側へ送られる。しかしながら、従来のテレビ電話など双方向通信に用いられる機器では、撮像手段が表示手段の隣り、または別の独立した装置として設けられているので、表示手段を見ている受信者を斜め方向から撮影することになる。そのため、表示手段に映った受信者の顔の視線は、表示手段を見ている人の視線とは異なる所を向いており、相互に話していても、面と向かって話をするばあいと比較してぎこちなく違和感があるという問題がある。また撮像装置と表示装置とを別々に製造して表示装置として組み立てたり、または別個の装置と提供しなければならず、製造コストが高くなるという問題がある。

本発明者はかかる問題に鑑み、特許文献１において次の像装置付き表示装置を開示した。当該表示装置は、複数の表示画素と各表示画素間に配置された遮光部材とを備えた表示手段と、表示手段の背部に配置された撮像手段とを備え、遮光部材は一部に撮像手段に光を導くための開口部を有し、撮像手段は開口部に対応した位置に結像手段を備える。

係る撮像装置付き表示装置は、表示手段を見ながら当事者の撮影ができ、かつ表示手段に表示される相手と視線を一致させることを可能にする。また、表示手段前面に薄型の撮像手段を設けたことによって装置全体の大型化を回避することを可能にする。

しかしながら、表示手段の画面に映される相手の顔の位置が画面内に配置された撮像手段の位置と常に一致しているとは限らない。また、表示手段の画面内に配置された撮像手段の位置に対してずれた位置に映された相手の顔をみる使用者の位置も、相手の顔の位置にあわせてずれてしまう場合もある。

図６は、従来技術における、テレビ電話等の表示手段を注視する使用者の視線方向と撮像手段の方向とのズレを説明するための図である。図中１０８は表示手段である表示パネル、１０６は撮像手段であるカメラ、６１０は使用者である。また、×印の６１１は表示パネル１０８に表示された相手の顔の位置を示している。

図６(a)は、表示パネル１０８に使用者を撮影するカメラ１０６が組み込まれている表示装置を用いた場合の使用者の視線方向と撮像手段の光軸方向とのズレを示す。同図では、カメラ１０６の位置に対して図中＋ｘ方向にずれた位置（図中×印の位置）に相手の顔６１１が表示され、使用者６１０はカメラ１０６の光軸（ｚ軸）からずれた位置で相手の顔６１１を注視している。この場合、カメラ１０６が使用者６１０を撮影する撮影方向と使用者６１０の視線方向とは角度θ_１だけずれており、この角度θ_１が大きいとカメラ１０６で撮影された使用者の画像を見たテレビ電話の相手側の人は、使用者が自分の顔を見ながら会話していないと認識してしまう。

カメラ１０６で撮影された使用者の画像を見たテレビ電話の相手側の人が自分を見ているように認識してもらうためには、カメラ１０６が使用者６１０を撮影する撮影方向と使用者６１０の視線方向とのなす角度θを小さくする必要がある。

そこで、カメラ１０６が使用者６１０を撮影する撮影方向と使用者６１０の視線方向とのなす角度θを小さくするために、図６(ｂ)に示すように表示パネル１０８の背面後方に使用者を撮影するカメラ１０６を配置する。そうすることで、カメラ１０６が使用者６１０を撮影する撮影方向と使用者６１０の視線方向とのなす角度θ₂はθ_１に較べて小さくなる。これにより、カメラ１０６で撮影された使用者の画像を見た相手側の人は、使用者が自分を見ていると認識するようになる。

特開２００５−０１０４０７号公報

しかしながら、カメラ１０６が使用者６１０を撮影する撮影方向と使用者６１０の視線方向とのなす角度θを小さくするために、表示パネル１０８の背面後方に使用者を撮影するカメラ１０６を配置すると次のような問題があった。即ち、表示パネル１０８の背面後部にあるカメラ１０６は、表示パネル１０８を通して使用者６１０を撮影しなければならず、表示パネル１０８の表示画素の周期構造に伴う回折の影響で撮影する画像が劣化してしまうという欠点があった。

そこで本発明の目的は、テレビ電話で対話する相手側に使用者が自分を見て話しているように認識してもらえるとともに、使用者の高品位な画像を撮影することを可能にする撮像装置付き表示装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明によれば、二次元に配列された複数の光透過性の表示画素により画像を表示する表示手段と前記表示手段の前面の被写体からの被写体光を撮像するために前記表示手段の背面に配設された撮像手段とからなる撮像装置付き表示装置は、各表示画素に対応して配設された、被写体光の光路長を調整する複数の光透過性の位相調整手段を表示手段に有し、複数の位相調整手段は透過する被写体光の光軸方向に異なる厚さを有し、同じ厚さの位相調整手段は所定の周期で配設されていること特徴とする。

本発明によれば、テレビ電話等の撮像装置付き表示装置で対話する相手側に対して使用者の高品位な画像を提供できるとともに、使用者が自分を見て話していると相手側の人に認識してもらえる撮像装置付き表示装置を提供することが可能となる。

本発明の第１の実施例に係わる撮像装置付き表示装置の側面図および背面図。本発明の第１の実施例に係わる撮像装置付き表示装置の他の使用状態での側面図。本発明の第１の実施例に係わる撮像装置付き表示装置の表示パネルの背面図。本発明の第１の実施例に係わる撮像装置付き表示装置の表示パネルの断面図。本発明の第２の実施例に係わる撮像装置付き表示装置の表示パネルの断面図。従来技術における撮像装置付き表示装置での使用者の視線方向と撮像装置の方向とのズレを説明するための図。

以下、本発明の実施の形態を添付の図を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施例に係わる撮像装置付き表示装置１００の側面図（ａ）と背面図（ｂ）を示す。本実施例の撮像装置付き表示装置１００は、テレビ電話やテレビ会議システム等で使用され得る撮像装置付き表示装置であり、受信した画像を表示する表示手段と、受信画像を見ている使用者の画像を撮像する撮像手段を備える。

同図において、１０８は光透過性の表示手段である表示パネルであり、表示パネル枠体１０２に組み込まれている。表示パネル枠体１０２の背面（図中＋ｚ方向）には脚部１０３が設けられ、脚部１０３に固定された台座１０４によって表示装置１００は直立する構成になっている。

表示パネル１０８の背面（図中＋ｚ方向）には、表示パネル１０８の前面を観察する使用者(被写体)を撮影するための撮影光学系が配設されている。撮影光学系は、表示パネル１０８の短辺方向（図中ｙ方向）の端部に配置した撮像装置であるカメラ１０６とカメラ１０６に被写体光を導く反射部材である反射ミラー１０７とから構成されている。カメラ１０６は、表示パネル１０８を透過する被写体光の光軸上の位置から離れた位置に配設されているので、表示パネル１０８を透過した被写体光は反射ミラー１０７によってカメラ１０６に導かれる。この撮影光学系により、表示装置１００を観察する使用者とカメラ１０６との距離を長く取れるため、カメラ１０６が使用者を撮影する撮影方向と使用者の視線方向とのなす角度を小さくすることが可能になる。その結果、カメラ１０６で撮影された使用者の画像をみた相手側の人に、使用者が自分を見ているように認識してもらえるようになる。

ここで撮影光学系を構成するカメラ１０６及び反射ミラー１０７は、表示パネル枠体１０２に固定された筐体１０５に配設されている。また、筐体１０５は脚部１０３の内部に収納される構成になっている。

また、表示装置１００の表示パネル枠体１０２と脚部１０３はヒンジ１０９で連結されている。そのため、表示パネル枠体１０２は脚部１０３に対して図中ｘ軸方向を軸として回転可能な構成になっている。

図２は、本実施例の撮像装置付き表示装置１００の側面図を示す。図１の側面図（ａ）と異なるのは、使用者が表示画像を正対して見やすくするために表示パネル枠体１０２の角度を変えた状態になっていることである。この場合でも、カメラ１０６及び反射ミラー１０７を配設した筐体１０５は表示パネル枠体１０２と一体的に回転するため、使用者が表示画像を見やすくするために表示パネル枠体１０２の角度を変えても使用者の画像を略正面から撮像することが可能である。

図３は、表示パネル１０８の背面図である。同図(a)は、表示パネル１０８全体の背面図であり、同図(ｂ)は背面図（ａ）の一部拡大図である。本実施例の表示装置１００の一部を構成する表示パネル１０８は、後述するように、光を透過可能な有機ＥＬ素子を含む画素の二次元の配列で構成され、背面は、その中央部の開口３０２を除いて遮光部材３０１で覆われている。表示パネル１０８の開口３０２は、カメラ１０６の撮影光路に対応し、カメラ１０６は有機ＥＬで構成された表示パネル１０８の開口３０２を通過した被写体光を反射ミラーを介して受光することで使用者を撮影する。ここで遮光部材３０１は、表示パネル１０８と別体でも良いし、表示パネル１０８である有機ＥＬの製造工程で一体的に設けても構わない。

図３(ｂ)は、遮光部材３０１が配設されていない開口３０２にある１２×４の表示画素部を示している。一つの表示画素部は垂直方向（図中ｙ方向）に長い長方形で、水平方向（図中ｘ方向）に赤、緑、青を発光する各表示画素を周期的に配列した構造を有する。水平方向（図中ｘ方向）に配列された赤、緑、青を発光する３つの画素で一つの絵素を構成している。本発明の表示装置１００の表示パネル１０８は、各画素を透過する光の光路長を不規則的に調整するための位相調整部材を有する。本実施例では、水平方向に６画素、垂直方向に２画素の単位で各表示画素部に厚さの異なる位相調整部材が形成されている。そして、水平方向では６画素周期で、垂直方向では２画素周期で同じ厚さの位相調整部材が形成された表示画素部が出現する構成とすることで、位相調整部材の製造プロセスの簡略化を図っている。

次に、本実施例明の表示装置１００を構成する表示パネル１０８の構成をさらに詳細に説明する。

図４は表示パネル１０８の断面図で、同図（ａ）は図３(b)の表示パネル１０８の背面図の一部拡大図のＡ−Ａ′部の断面図、（ｂ）は（ａ）に示す有機ＥＬ層４００の断面図である。図中−ｚ方向が表示面方向である。

図４（ａ）の表示パネル１０８の断面図において、４００は有機ＥＬ層である。４０９は有機ＥＬ層４００の背面側にあるスイッチング及び駆動用のＴＦＴ、４１０は表示パネル１０８の背面側（＋ｚ方向側）にある各表示画素部を透過する光の光路長を変更する位相調整部材である。本実施例の表示パネル１０８は、表示面側に有機ＥＬ層４００を有し、背面側にＴＦＴ４０９を有するトップエミッション型の有機ＥＬパネルである。

ＴＦＴ４０９は、ポリシリコン等で構成されて各表示画素部の境界部に配設されているため、周期的な遮光構造を構成している。ＴＦＴ４０９が配設されていない領域では光は透過可能で、表示面側（−ｚ方向側）から入射した光は有機ＥＬ層４００、位相調整部材４１０を介して表示パネル１０８から出射する。

ここで位相調整部材４１０は、透明な光硬化性樹脂で構成され、光ナノインプリント技術等を用いて形成される。位相変調部材４１０の厚さは（入射光の光軸方向の厚さ）各表示画素に対応して異なり、光路長が可視光の波長以下になるように設定されている。例えば光硬化性樹脂の屈折率を１．５１として、位相変調部材４１０aの厚さは１３２ｎｍ、位相変調部材４１０ｂの厚さは３９７ｎｍ、位相変調部材４１０ｃの厚さは１９９ｎｍ、位相変調部材４１０ｄの厚さは６６ｎｍにしている。同様に、位相変調部材４１０eの厚さは３３１ｎｍ、位相変調部材４１０ｆの厚さは２６５ｎｍとなっている。本実施例の各表示画素部には、水平方向では６画素周期で、垂直方向では２画素周期で同じ厚さの位相調整部材４１０が図４（ａ）に示すように形成されている。なお、複数の表示画素の二次元配列の互いに直交する方向での同じ厚さの位相調整部材の所定の周期はこれに限るものではない。

カメラ１０６が表示パネル１０８を通して使用者を撮影する場合、図中−ｚ方向側から入射した撮影光は有機ＥＬ層４００を透過し、ＴＦＴ４０９が形成されている層で表示画素の周期に依存した規則性で位相が変調される。ＴＦＴ層４０９で回折した光は、さらに不規則的な厚さを有する位相調整部材４１０で光路長が変更される。そのため、隣接する表示画素部を透過した光の強め合う方向は不規則となり強い回折を生じることがない。

その結果、有機ＥＬで構成された本実施例の表示パネル１０８を通して使用者を撮影しても、回折の影響を受けない良好な画像を撮影することが可能となる。それとともに、カメラ１０６は表示装置１００を観察する使用者からより離れた位置で使用者を撮影するため、カメラ１０６で撮影された使用者の画像をみた相手側の人に、使用者が自分を見ているように認識してもらうことが可能となる。

上述した本実施例の表示パネル１０８には、水平方向（長辺方向）に６画素の周期で異なる厚さの位相調整部材２１０が形成されている。そのため、表示画素部の水平方向の６画素周期に相当した回折光は生じるが、その回折角は微小のため撮影画像の画質に与える影響はほとんど無い。同様に垂直方向（短辺方向）には２画素の周期で異なる厚さの位相調整部材４１０が形成されているため、表示画素部の垂直方向の２画素周期に相当した回折光は生じるが、その回折角は微小のため撮影画像の画質に与える影響はほとんど無い。

図４(b)は有機ＥＬ層４００を含む表示パネル１０８の部分断面図である。同図において、４０１は平坦化層、４０２は透明なＩＴＯ(Indium Tin Oxide)等で構成されている陽極である。４０３は正孔輸送層、４０４は発光層、４０５は電子輸送層、４０６は電子注入層、４０７はＩＴＯ等で構成されている陰極、４０８は平坦化層である。図中の発光層４０４のうち、４０４Ｒは赤色を発光する発光層、４０４Ｇは緑色を発光する発光層、４０４Ｂは青色を発光する発光層で、図中ｘ方向（表示パネル１０８の長辺方向）に３画素周期で配列されている。有機ＥＬ層４００の構成の詳細については、例えば本出願人による特開２００９−１８７６９７号公報に開示されているので、ここでの更なる説明は省略する。

本実施例の表示パネル１０８は、表示面側に有機ＥＬ層４００を有し、背面側にＴＦＴ層４０９を有するトップエミッション型の有機ＥＬパネルの例を示した。しかし、表示面側にＴＦＴ層４０９を有し背面側に有機ＥＬ層４００を有するボトムエミッション型の有機ＥＬパネルであっても各表示画素部に不規則な厚さを有する位相調整部材４１０を設けることにより同様の効果を得ることができる。

次に、本発明の第２の実施例を説明する。本実施例の表示装置は、表示パネル１０８に設けられる位相調整部材の構成においてのみ第１の実施例と異なる。従って、本実施例の表示装置も、既に説明した図１から図３に示す第１の実施例の表示装置１００と同様の構成を有する。以下、本実施例の表示パネルの構成について説明する。

図５は、本実施例に係わる表示パネル１０８の断面図で、同図（ａ）は図３（ｂ）の表示パネル１０８の背面図の一部拡大図のＡ−Ａ′部の断面図、（ｂ）は有機ＥＬ層を含む表示パネルの部分断面図である。図中−ｚ方向が表示面方向である。なお、同図において、図４と同じ部分は同じ符号を付して示す。

図５（ａ）において、５００は有機ＥＬ層、４０９は有機ＥＬ層５００の背面側にあるスイッチング及び駆動用のＴＦＴである。本実施例の表示パネル１０８は、表示面側に有機ＥＬ層５００を有し、背面側にＴＦＴ４０９を有するトップエミッション型の有機ＥＬパネルである。

ＴＦＴ４０９はポリシリコン等で構成され各表示画素部の境界部に配設されているため、周期的な遮光構造を構成している。ＴＦＴ４０９が配設されていない領域では光は透過可能で、表示面側（−ｚ方向側）から入射した光は有機ＥＬ層５００を介して表示パネル１０８から出射する。

図５（ｂ）において、４０１は平坦化層、５０２は表示パネル１０８の背面側に配設された透明なＩＴＯ等で構成されている陽極である。４０３は正孔輸送層、４０４は発光層、４０５は電子輸送層、４０６は電子注入層、４０７は陰極でＩＴＯ等で構成されている。４０８は平坦化層である。図中の発光層４０４のうち、４０４Ｒは赤色を発光する発光層、４０４Ｇは緑色を発光する発光層、４０４Ｂは青色を発光する発光層で、図中ｘ方向（表示パネル１０８の長辺方向）に３画素周期で配列している。

本実施例では、陽極５０２が各表示画素部を透過する光の光路長を変更する位相調整部材を兼ねた構成を有する。陽極５０２はＩＴＯ等の透明な導電材料で構成され、印刷法でパターン印刷される。陽極５０２の厚さは各表示画素に対応して異なる。本実施例では陽極５０２及び平坦化層４０１を透過した各表示画素の光路長差が可視光の波長の半分以下になるように設定されている。例えば陽極を構成するＩＴＯの屈折率を２．０、平坦化層４０１の屈折率を１．５として、陽極５０２aの厚さは２００ｎｍ、陽極５０２ｂの厚さは６００ｎｍ、陽極５０２ｃの厚さは３００ｎｍ、陽極５０２の厚さは１００ｎｍとする。同様に、陽極５０２eの厚さは５００ｎｍ、陽極５０２ｆの厚さは４００ｎｍとする。図５（ａ）に示すように、本実施例では、各表示画素部には水平方向に６画素周期で、垂直方向に２画素周期で同じ厚さの陽極５０２を形成する。

カメラ１０６が表示パネル１０８を通して使用者を撮影する場合、図中−ｚ方向側から入射した撮影光は有機ＥＬ層５００を透過し、有機ＥＬ層５００の陽極５０２で光路長が不規則的に変更される。有機ＥＬ層５００を透過した光は、ＴＦＴ４０９が形成されている層で表示画素の周期に依存した規則性で位相が変調されるが、隣接する表示画素部を透過した光の強め合う方向は不規則となり強い回折を生じない。

その結果、有機ＥＬで構成された表示パネル１０８を通して使用者を撮影しても、回折の影響を受けない良好な画像を撮影することが可能となる。それとともに、カメラ１０６は表示装置１００を観察する使用者からより離れた位置で使用者を撮影するため、カメラ１０６で撮影された使用者の画像をみた相手側の人に、使用者が自分を見ているように認識してもらうことが可能となる。

本実施例では、表示パネル１０８の水平方向（長辺方向）は６画素の周期で異なる厚さの陽極５０２が形成されているため、表示画素部の水平方向の６画素周期に相当した回折光は生じる。しかし、その回折角は微小のため撮影画像の画質に与える影響はほとんど無い。同様に、表示パネル１０８の垂直方向（短辺方向）は２画素の周期で異なる厚さの陽極５０２が形成されているため、表示画素部の垂直方向の２画素周期に相当した回折光は生じるが、その回折角は微小のため撮影画像の画質に与える影響はほとんど無い。

また、本実施例では、有機ＥＬ層(表示画素)が表示パネル１０８の背面側に有する電極（陽極５０２）の厚さを不規則的に構成して各表示画素部を透過する光の光路長を不規則にした例を示した。しかし、例えば有機ＥＬ層５００を構成する電子注入層４０６の厚さを変更することにより各表示画素部の光路長を変更することも同様の効果がある。

また、第１および第２の実施例において、表示装置１００の構成の一部である反射ミラー１０７の例として平面ミラーを示したが、反射面が凸の球面で構成された球面反射ミラーで構成してもよい。球面反射ミラーで構成した場合は、開口３０２のサイズを縮小できるなどの撮影光路を小型化できる効果もある。また、反射ミラーをホログラムミラーとしてもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

Claims

二次元に配列された複数の光透過性の表示画素により画像を表示する表示手段と前記表示手段の前面の被写体からの被写体光を撮像するために前記表示手段の背面に配設された撮像手段とからなる撮像装置付き表示装置において、
前記表示手段は、各表示画素に対応して配設された、前記被写体光の光路長を調整する複数の光透過性の位相調整手段を有し、前記複数の位相調整手段は透過する前記被写体光の光軸方向に異なる厚さを有し、同じ厚さの位相調整手段は所定の周期で配設されていることを特徴とする撮像装置付き表示装置。
各位相調整手段は、各表示画素の前記表示手段の背面側に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置付き表示装置。
前記複数の位相調整手段は、各表示画素が前記表示手段の背面側に有する電極であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置付き表示装置。
前記同じ厚さの位相調整手段の配設の周期は、前記複数の表示画素の二次元の配列の互いに直交する方向で異なることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の撮像装置付き表示装置。
前記表示手段は、その背面に設けられた遮光手段を有し、前記遮光手段は、前記被写体光を透過するための開口を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の撮像装置付き表示装置。
前記撮像手段は、前記表示手段に入射する被写体光の光軸の位置とは異なる位置に配置され、前記表示装置は、前記表示手段を透過した被写体光を前記撮像手段に導く反射手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の撮像装置付き表示装置。
前記反射手段は、反射ミラーであり、前記反射ミラーは、少なくとも平面ミラー、球面反射ミラーおよびホログラムミラーのいずれかであることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置付き表示装置。