JP2021120693A - 反射型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】視線を検出することが可能な反射型液晶表示装置を提供する。【解決手段】第一の光源４と、反射型液晶表示パネル２と、偏光ビームスプリッター８と、イメージセンサー１５とを有する反射型液晶表示装置である。イメージセンサー１５は、観察者の目１２で反射された光を受光して電気信号に変換する。この電気信号に基づいて、反射型液晶表示装置は、観察者がどの部分を注視しているのかを検出することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、反射型液晶表示装置に関するものである。

近年、反射型液晶表示装置における低背化や小型化と共に高機能化が求められている。

図２は、従来の反射型液晶表示装置を示す縦断面図である。従来の反射型液晶表示装置１は、以下の構成を備えている。回路基板１１の同一面上には、画像表示面を上方に向けて反射型液晶表示パネル２が配置され、それと隣接するように光出射面を上方に向けて光源３が配置されている。反射型液晶表示パネル２の上方とその周囲には、反射型液晶表示パネル２と光源３を覆うように、筐体１０が配置されている。筐体１０の内面には、光源３から出射された光を反射型液晶表示パネル２の上方に配置された板状の偏光ビームスプリッター８へ向かって案内するための反射面１３が設けられている。反射面１３から偏光ビームスプリッター８へと進む光路上には、光を拡散させる拡散板６と、互いに偏光軸が直交する二種類の直線偏光のうち一方の直線偏光（以下Ｐ波という）のみを透過させる偏光板７が配置されている。偏光ビームスプリッター８は、Ｐ波を反射し、それと偏光軸が直交する他方の直線偏光（以下Ｓ波という）を透過させる光透過反射面を有するもので、偏光板７から偏光ビームスプリッター８に入射したＰ波を反射型液晶表示パネル２の画像表示面へ所定の角度で入射させるように傾斜角が決められ、筐体１０の開口部１０ａに取り付けられている。偏光ビームスプリッター８と観察者の目１２との間には、接眼レンズ１４が配置されている。

反射型液晶表示パネル２は、電源オフ状態でＰ波がそのまま液晶を通過するように構成されており、偏光ビームスプリッター８側から垂直に入射したＰ波はそのまま液晶を通過し、反射型液晶表示パネル２の裏面側に設けられた反射要素（反射電極等）で垂直に反射され、反射されたＰ波は再び偏光ビームスプリッター８へ向かって進む。偏光ビームスプリッター８はＰ波を透過しない状態に配置されており、反射型液晶表示パネル２で反射されたＰ波は遮断されるため、電源オフ状態では黒表示状態となる。

一方、反射型液晶表示パネル２は、電源オン状態では液晶がＰ波をＳ波へと変換し、Ｓ波はＰ波と同様に反射型液晶表示パネル２の裏面側で反射され、偏光ビームスプリッター８へ向かって進む。偏光ビームスプリッター８はＳ波を透過する状態に配置されており、反射型液晶表示パネル２で反射されたＳ波は透過するため、電源オン状態では白表示となる。

以上のプロセスは反射型液晶表示パネル２の画素毎に行われ、偏光ビームスプリッター８を透過したＳ波が観察者の目１２に入射し、映像として視認される。（例えば、特許文献１参照）

特開２０１５−８７７３１号公報

図２に示した従来の反射型液晶表示装置が搭載されたビューファインダーを有するカメラで撮影を行う際において、被写体に大きな動きが無い場合は特に問題は無いが、動きの速い被写体にフォーカスを合わせる際にはカメラ本体に搭載されているボタンおよびタッチパネルを瞬間的に操作しつつ撮影を行うこととなるため、操作に遅れが生じ、撮影タイミングを逃してしまうことがある。この問題を解決するための手段としては、撮影者の視線を検出し、撮影者が注視している部分に自動的にフォーカスを合わせることが考えられる。また、反射型液晶表示装置がＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）などの機器に搭載されている場合においても、観察者がどこを注視しているかを検出することが求められる場合がある。しかし、従来の反射型液晶表示装置は、視線を検出する機能を備えていないため、以上のような要求に応えることができない。

本発明は、以上の問題に鑑みたもので、視線を検出することが可能な反射型液晶表示装置を提供することを目的とする。

光源と、反射型液晶表示パネルと、前記光源から出射された光に含まれる二種類の直線偏光のうち一方の直線偏光を前記反射型液晶表示パネルの画像表示面に向けて反射すると共に、前記反射型液晶表示パネルの前記画像表示面から出射された他方の直線偏光を透過させる光透過反射面を有する偏光ビームスプリッターと、を有する反射型液晶表示装置であって、観察者の目で反射された光を受光して電気信号に変換する受光素子を有する、反射型液晶表示装置である。

前記反射型液晶表示パネルを収容する筐体を有し、前記受光素子は、前記偏光ビームスプリッターと前記筐体とで覆われた空間に収容されている反射型液晶表示装置であっても良い。

前記反射型液晶表示パネルの前記画像表示面と前記偏光ビームスプリッターの前記光透過反射面との間に透明部材を有し、前記透明部材は、前記観察者の目で反射された光を前記受光素子に向かって案内する反射型液晶表示装置であっても良い。

前記光源を第一の光源として定義した場合において、第二の光源を有し、前記受光素子は、前記第二の光源から出射されて前記観察者の目で反射された光を受光する反射型液晶表示装置であっても良い。

前記第二の光源から出射される光は、近赤外光である反射型液晶表示装置であっても良い。

本発明によると、視線を検出することが可能な反射型液晶表示装置を提供することができる。

本発明による反射型液晶表示装置の一実施形態を示す縦断面図 従来の反射型液晶表示装置を示す縦断面図

図１は、本発明による反射型液晶表示装置の一実施形態を示す縦断面図である。本実施形態の反射型液晶表示装置１は、以下の構成を備えている。回路基板１１の同一面上には、画像表示面を上方に向けて反射型液晶表示パネル２が配置され、それと隣接するように光出射面を上方に向けて第一の光源４が配置されている。反射型液晶表示パネル２の上方とその周囲には、反射型液晶表示パネル２と第一の光源４を覆うように、筐体１０が配置されている。筐体１０の内面には、第一の光源４から出射された光を反射型液晶表示パネル２の上方に配置された板状の偏光ビームスプリッター８へ向かって案内するための反射面１３が設けられている。反射面１３から偏光ビームスプリッター８へと進む光路上には、光を拡散させる拡散板６と、互いに偏光軸が直交する二種類の直線偏光のうち一方の直線偏光（以下Ｐ波という）のみを透過させる偏光板７が配置されている。偏光ビームスプリッター８は、Ｐ波を反射し、それと偏光軸が直交する他方の直線偏光（以下Ｓ波という）を透過させる光透過反射面を有するワイヤーグリッドフィルムなどで構成され、偏光板７から偏光ビームスプリッター８に入射したＰ波を反射型液晶表示パネル２の画像表示面へ所定の角度で入射させるように傾斜角が決められ、筐体１０の開口部１０ａに取り付けられている。反射型液晶表示パネル２の画像表示面と偏光ビームスプリッター８の光透過反射面との間には、三角柱状の透明部材９が偏光ビームスプリッター８に密着するように配置されている。偏光ビームスプリッター８と観察者の目１２との間には、接眼レンズ１４が配置されている。

本実施形態において、第一の光源４からは主に可視光が出射され、第一の光源４から出射された光の主光束は、図１中の一点鎖線の矢印で示されるように、筐体１０の内面に設けられた反射面１３で反射されて拡散板６に入射する。拡散板６に入射した光は、拡散板６で拡散された後、偏光板７を通過してＰ波となり、透明部材９の第一の面９ａに入射する。透明部材９の第一の面９ａに入射したＰ波は、透明部材９の内部を通過して透明部材９の第二の面９ｂに入射する。第二の面９ｂに入射したＰ波は、透明部材９の第３の面９ｃに向かって全反射し、透明部材９の内部を通過して透明部材９の第三の面９ｃに入射する。第三の面９ｃに入射したＰ波は、第三の面９ｃを通過し、反射型液晶表示パネル２の画像表示面に垂直に入射し、そこで映像光（Ｐ波とＳ波の混合光）となって偏光ビームスプリッター８側へ反射される。反射された映像光は、透明部材９の第三の面９ｃに入射し、透明部材９の内部を通過して、透明部材９の第二の面９ｂに入射する。第二の面９ｂに入射した映像光に含まれるＳ波は、第二の面９ｂと偏光ビームスプリッター８と接眼レンズ１４を順次通過して観察者の目１２に入射し、映像として視認される。

本実施形態の反射型液晶表示装置１は、観察者が反射型液晶表示パネル２に表示される画像のどの部分を見ているのかを検出する機能を有するものであり、この機能を実現するための構成として第二の光源５とイメージセンサー１５とを備えている。第二の光源５からは主に近赤外光が出射され、出射された近赤外光は、図１中の実線の矢印で示されるように、筐体１０の内面に設けられた反射面１３で反射されて拡散板６に入射する。拡散板６に入射した近赤外光は、拡散板６で拡散された後、偏光板７を通過してＰ波となり、透明部材９の第一の面９ａに入射する。透明部材９の第一の面９ａに入射したＰ波は、透明部材９の内部を通過して透明部材９の第二の面９ｂに入射する。第二の面９ｂに入射したＰ波は、透明部材９の第三の面９ｃに向かって全反射し、透明部材９の内部を通過して透明部材９の第三の面９ｃに入射する。第三の面９ｃに入射したＰ波は、第三の面９ｃを通過し、反射型液晶表示パネル２の画像表示面に垂直に入射し、そこでＰ波とＳ波の混合光となって偏光ビームスプリッター８側へ反射される。反射された近赤外光は、透明部材９の第三の面９ｃに入射し、透明部材９の内部を通過して、透明部材９の第二の面９ｂに入射する。透明部材９の第二の面９ｂに入射した近赤外光に含まれるＳ波は、第二の面９ｂと偏光ビームスプリッター８と接眼レンズ１４を順次通過して観察者の目１２に入射し、眼球を照明する。眼球を照明して生じた近赤外光の反射光は、再び接眼レンズ１４と偏光ビームスプリッター８を順次通過して透明部材９の第二の面９ｂに入射する。透明部材９の第二の面９ｂに入射した反射光の一部は、第二の面９ｂによりイメージセンサー１５へ向かって屈折され、透明部材９の内部を通過して、イメージセンサー１５の受光面に入射する。

イメージセンサー１５は、近赤外光を検出可能な撮像素子であり、偏光ビームスプリッター８と筐体１０とで覆われた空間に収容されている。イメージセンサー１５の受光面には、可視光カットフィルム１６とマイクロレンズ１７が積層されている。近赤外光は、マイクロレンズ１７を介して集光され、可視光カットフィルム１６へ入射する。可視光カットフィルム１６は、可視域の特定波長を有する光を遮断し、イメージセンサー１５が可視光による影響を受けないようにする役割を果たす。可視光カットフィルム１６を透過した近赤外光は、イメージセンサー１５の受光面に結像される。イメージセンサー１５は、近赤外光を受光すると、受光量に応じた電気信号を発生させる。反射型液晶表示装置１の制御装置またはカメラ本体などの外部機器の制御装置は、イメージセンサー１５から出力された電気信号に基づいて観察者の目１２の黒目部分を識別して追跡し、撮影者１２がどの部分を見ているのかを推測する。撮影者１２がどの部分を見ているのかを推測する技術は、既知の視線検出技術を適用することができる。

本実施形態では、撮影者に眩しさや光を感じさせないという点や、通常の画像表示に影響を与えない点、眼球に影響を与えない点を加味して、近赤外光を視線検出のための光として用いている。近赤外光の波長としては、例えば、７００ｎｍ以上、７８０ｎｍ未満の波長を用いることができる。但し、視線検出のために用いる光は、近赤外光に限るものではなく、可視光等の光を用いても良い。可視光を用いる場合には、第一の光源４から出射される可視光を視線検出のための光として用いても良い。この場合には、第二の光源５は、省略することができる。

本実施形態では、偏光ビームスプリッター８と筐体１０とで覆われた空間にイメージセンサー１５が収容されているため、外部から不要な近赤外光が飛来したとしても、不要な近赤外光は、偏光ビームスプリッター８により半分程度に減衰されてからイメージセンサー１５に入射する。従って、イメージセンサー１５は、外部から飛来する不要な近赤外光による影響を受け難い。但し、イメージセンサー１５の配置位置は、図１に示される位置に限らず、各部材の配置位置等を加味して他の位置を適宜選択することができる。例えば、イメージセンサー１５は、筐体１０の外部に配置されていても良い。

第二の光源５から観察者の目１２に至るまでの光学系は、第一の光源４から観察者の目１２に至るまでの光学系と共用されているため、反射型液晶表示装置１の小型化に寄与している。但し、第二の光源５から観察者の目１２に至るまでの光学系は、第一の光源４から観察者の目１２に至るまでの光学系から独立して設けられていても良い。

第二の光源５は、反射型液晶表示装置１の一部として設けられているが、反射型液晶表示装置１が搭載されるカメラなどの外部機器の一部として設けられていても良い。

透明部材９は、観察者の目１２で反射された光の一部をイメージセンサー１５へ向かって案内する役割を果たすが、必須ではなく、省略することができる。拡散板６、偏光板７、接眼レンズ１４、可視光カットフィルム１６、マイクロレンズ１７なども適宜省略することができる。

図１中に矢印で示される光路は、光路の一例を概念的に示したものであり、実際の光路とは異なる場合がある。

１ 反射型液晶表示装置
２ 反射型液晶表示パネル
３ 光源
４ 第一の光源
５ 第二の光源
６ 拡散板
７ 偏光板
８ 偏光ビームスプリッター
９ 透明部材
９ａ 第一の面
９ｂ 第二の面
９ｃ 第三の面
１０ 筐体
１０ａ 開口部
１１ 回路基板
１２ 観察者の目
１３ 反射面
１４ 接眼レンズ
１５ イメージセンサー
１６ 可視光カットフィルム
１７ マイクロレンズ

Claims (5)

1. 光源と、
   反射型液晶表示パネルと、
   前記光源から出射された光に含まれる二種類の直線偏光のうち一方の直線偏光を前記反射型液晶表示パネルの画像表示面に向けて反射すると共に、前記反射型液晶表示パネルの前記画像表示面から出射された他方の直線偏光を透過させる光透過反射面を有する偏光ビームスプリッターと、
   を有する反射型液晶表示装置であって、
   観察者の目で反射された光を受光して電気信号に変換する受光素子を有する、
   ことを特徴とする反射型液晶表示装置。
2. 前記反射型液晶表示パネルを収容する筐体を有し、前記受光素子は、前記偏光ビームスプリッターと前記筐体とで覆われた空間に収容されていることを特徴とする請求項１に記載の反射型液晶表示装置。
3. 前記反射型液晶表示パネルの前記画像表示面と前記偏光ビームスプリッターの前記光透過反射面との間に透明部材を有し、前記透明部材は、前記観察者の目で反射された光を前記受光素子に向かって案内することを特徴とする請求項１又は２に記載の反射型液晶表示装置。
4. 前記光源を第一の光源として定義した場合において、第二の光源を有し、前記受光素子は、前記第二の光源から出射されて前記観察者の目で反射された光を受光することを特徴とする請求項１〜３の何れか一つに記載の反射型液晶表示装置。
5. 前記第二の光源から出射される光は、近赤外光であることを特徴とする請求項４に記載の反射型液晶表示装置。

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