JP4728793B2 - ディスプレイ装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ディスプレイ装置に関し、特にカメラを一体化したディスプレイ装置およびその制御方法に関する。

従来、テレビ電話システムやテレビ会議システム等において、ディスプレイ装置に表示された人物と対面して会話するために、ディスプレイ装置にカメラを配置する試みが、さまざまになされている。

例えば、特許文献１には、使用者の視線位置に合わせて、ディスプレイ装置の上部から小型カメラを懸垂させた映像表示撮像装置が開示されている。また、特許文献２には、反射型液晶ディスプレイ装置の背部にカメラを設置し、反射板にハーフミラーを用いることで、使用者の映像を撮像するカメラ内蔵型画像表示装置が開示されている。

また、特許文献３には、透過型液晶画面を所定間隔でオフ状態とすることで、透過型液晶画面の後背部に設置されたビデオカメラに、前面の映像を撮像可能にした対面会話装置が開示されている。
さらに、特許文献４には、透過型液晶ディスプレイ装置の背面側の偏光板に孔を設け、この孔を介して使用者の映像を撮像するカメラを備えるカメラ一体型ディスプレイ装置が開示されている。
特開平１１−２８４９７０号公報（段落００１５〜００１６、図１） 特開２００３−２５９３２１号公報（段落００１０〜００１３、図１） 実開昭６４−１１０７６号公報 特許第３３８７１３６号公報（段落００１１〜００１４、図１）

しかしながら、特許文献１に記載のカメラ内蔵型画像表示装置は、カメラ保持部材が表示装置の前面に配置されるため、透過性の高い材料でカメラ保持部材を作成した場合であっても、その部分の表示が歪んでしまい、正確な表示ができなくなるとともに、使用者に違和感を与えてしまうという問題点がある。
また、特許文献２に記載されたカメラ内蔵型画像表示装置は、反射型液晶を用いるため、暗所では使用できず、また反射板としてハーフミラーを用いることで、入射光の反射率が低下し、液晶表示部分の彩度が低下してしまうという問題点がある。

また、特許文献３に記載された対面会話装置は、液晶画面の全面を所定間隔でオフとし、その間にビデオカメラが前面側の映像を撮像するため、液晶画面のフリッカー（ちらつき）が発生するという問題点があった。
さらに、特許文献４に記載されたカメラ一体型ディスプレイ装置は、背面側の偏光板に孔を設けたことで、バックライトから背面側の偏光板を透過して液晶パネルに入射する光の照度むらが発生することを抑制する必要がある。そのため、背面側の偏光板と液晶パネルとの間に所定の間隔を設ける必要があり、薄型のカメラ一体型ディスプレイ装置を作成することが難しいという問題点があった。

そこで、本発明では、前記した問題を解決し、透過型液晶パネルの背部にカメラを備え、薄型化が可能であり、画面全体におけるフリッカーを抑えることができるディスプレイ装置およびその制御方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するためになされた本発明に係るディスプレイ装置は、透過型液晶パネルを備え、入力された画像データを表示する液晶表示部と、液晶表示部の背面側に当該液晶表示部に接して配置されるバックライトユニットと、バックライトユニットの背面側に配置されるカメラユニットと、カメラユニットのレンズの位置に合わせてバックライトユニットに形成された孔と、外部から入力された画像データに基づいて、孔の近傍領域の表示を前面側からの光が透過するオフ表示にした画像データを所定時間ごとに生成して液晶表示部に出力し、所定時間以外では外部から入力された画像データを液晶表示部に出力するシャッター制御部と、を備え、孔は前面側に向けてテーパー状に広がって形成され、バックライトユニットから照射される光を孔の周囲で回折させることにより、液晶表示部のうち、孔に対応する領域にもバックライトからの光が照射されることを特徴とする。

このように、構成された本発明に係るディスプレイ装置は、バックライトユニットのみに孔を設けることで、孔周囲の光の回折により、液晶パネルとその背面側に設置されるバックライトユニットとを所定間隔を空けて設置する必要がない。また、液晶表示部の表示領域のうち、孔の近傍領域のみを点滅制御することで、画面全体におけるフリッカーを抑えることができる。
本発明のその他の態様については、後記する実施の形態において説明する。

本発明に係るディスプレイ装置およびその制御方法によると、液晶画面のフリッカーをほぼ意識することのない、薄型のカメラ内蔵型ディスプレイ装置を具現することが可能になる。また、カメラのレンズ開口部を大きくできるため、カメラから出力される映像信号のＳ／Ｎ比を大きくすることもできる。

次に、本発明の実施形態に係るカメラ内蔵ディスプレイ装置について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。

（カメラ内蔵ディスプレイ装置の構成）
図１は、本実施の形態に係るカメラ内蔵ディスプレイ装置の構成を示す図面であって、（ａ）はカメラ内蔵ディスプレイ装置の正面図であり、（ｂ）はその部分縦断面図である。図１（ａ）に示すように、本実施形態のカメラ内蔵ディスプレイ装置１は、樹脂等で形成された筐体２の内部に、液晶表示部３と、液晶表示部３の背部に設置されるカメラユニット４とを備えて構成される。また、液晶表示部３とカメラユニット４との間には、バックライトユニット５（図１（ｂ）参照）が間挿されている。さらに、カメラ内蔵ディスプレイ装置１は、液晶表示部３の表示およびカメラユニット４の動作を制御する図示しないシャッター制御部（図２参照）を有している。
なお、以下の説明において、カメラ内蔵ディスプレイ装置１が画像を表示する側（図１（ｂ）において左側）を前面側と称し、その反対側（図１（ｂ）において右側）を背面側と称す。

（液晶表示部）
図１（ｂ）に示すように、液晶表示部３は、例えば、ＴＳＴＮ（Triple Super Twisted Nematic）型の液晶パネル３ａが、前面側に配置される前面偏光板３ｂおよび背面側に配置される背面偏光板３ｃから挟まれて構成されている。さらに、液晶表示部３には、液晶パネル３ａの駆動回路である図示しない液晶駆動回路が含まれている。液晶表示部３は、外部に接続された図示しないコンピュータ等から表示画像データを取得すると、液晶パネル３ａを駆動させて、表示画像データに対応した画像を表示する。

また、液晶表示部３の略中央には、後記する開口データ切換部（図２参照）によって、液晶表示部３の表示が点滅表示される領域であるシャッター領域６が設定されており、このシャッター領域６を介して、前面側からの光がカメラユニット４に入射する。
このシャッター領域６の大きさは、カメラユニット４のレンズ４ａの大きさに応じて予め設定され、撮像される画像に影響を及ぼさない最小の大きさに設定することが望ましい。なお、このシャッター領域６についての詳しい説明は後記する。

（カメラユニット）
カメラユニット４は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）素子またはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）素子等の図示しない固体撮像素子と、前面側から入射した光をこの固体撮像素子に結像するレンズ４ａとを備えるユニットとして構成される。カメラユニット４は、固体撮像素子が撮像した信号をカメラ撮像データとして出力する図示しないカメラ制御回路を備えて構成され、前面側から入射した光を撮像してカメラ撮像データを出力する。
なお、カメラユニット４のレンズ４ａとしてはフレネルレンズを用いることが望ましい。レンズ４ａとしてフレネルレンズを用いることで、薄型で画角の大きなレンズを具現可能である。これにより、カメラ内蔵ディスプレイ装置１の厚さをさらに薄く構成することが可能となる。また、フレネルレンズ以外にも、ガラスやプラスチック等から形成された非球面レンズ等を適用することももちろん可能である。
また、バックライトユニットから照射される光の回折により、表示画面の照度むらを抑制するために、レンズ４ａの口径は、１０ｍｍ程度よりも小さいことが望ましい。

（バックライトユニット）
バックライトユニット５は、光源である冷陰極管や、有機エレクトロルミネセントシートや、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等からの光を均一に拡散させて無指向性に近い光を前面側に向かって照射するよう構成されている。
また、液晶表示部３のシャッター領域６の後背部に対応した、バックライトユニット５の略中央には、液晶表示部３を介して前面側からの光を取り込むための小さな孔５ａが形成されている。この孔５ａの背面側に、カメラユニット４のレンズ４ａが配置されている。

さらに、図１（ｂ）に示すように、孔５ａの前面側は、テーパー状に広がって形成されており、この孔５ａのテーパー近傍領域は、液晶表示部３の孔５ａが配置された背面部にバックライトユニット５の光を均一に拡散させるためのライトガイド５ｂとして機能する。
このライトガイド５ｂにより、液晶表示部３のシャッター領域６に、バックライトユニット５から照射された光が良好に拡散され、照度むらを抑制できる。

（シャッター制御部のブロック）
次に、図２は、本実施形態に係るカメラ内蔵ディスプレイ装置１のシャッター制御部の概略的なブロック図の例である。図２に示すように、カメラ内蔵ディスプレイ装置１のシャッター制御部１０は、カメラ制御部１２からタイミング信号を取得すると、液晶表示部３の表示領域のうち、シャッター領域６のみを前面側からの光が透過する表示（以下、オフ表示と称す）にした表示画像データを生成する開口データ切換部１１と、カメラユニット４の動作を要求するカメラ動作要求情報を外部のパーソナルコンピュータ等から取得すると、内部クロックに基づいて、所定のタイミング（例えば、１／３０ｓｅｃ）ごとに、開口データ切換部１１にタイミング信号を送信し、同じタイミングで、カメラ制御部１２に接続されたカメラユニット４に、カメラ駆動信号を送信するカメラ制御部１２と、を備えて構成される。
なお、開口データ切換部１１は、液晶表示部３に接続され、タイミング信号の受信時以外は、外部から取得した表示画像データを、そのまま液晶表示部３に受け渡す。
また、表示画像データは、ディスプレイケーブルを介して外部のパーソナルコンピュータ等から入力され、カメラ動作要求情報およびカメラ撮像データは、例えばＵＳＢ（Universal Serial Bus）ケーブル等を介してパーソナルコンピュータとの間で入出力される。なお、表示画像データは、パーソナルコンピュータ等からの映像信号であっても、テレビジョンやＤＶＤ（Digital Versatile Disc）プレイヤー等の映像信号であってもよい。

（カメラ内蔵ディスプレイ装置の動作）
次に、カメラ内蔵ディスプレイ装置１のシャッター制御部１０の動作について、図３に示したシャッター制御部１０の動作を説明するフローチャートを参照しつつ、詳しく説明する（適宜、図１、２参照のこと）。
例えば、ここで、パーソナルコンピュータ等の外部の装置から入力される表示画像データは、１秒間に６０フレーム（６０ｆｐｓ）であり、シャッター領域６におけるカメラユニット４への前面側からの光の透過間隔は、１／１５ｓｅｃであるとする。つまり、シャッター領域における表示画像データのフレーム数は、４５ｆｐｓになる。この光の透過間隔は、予め設定されてカメラ制御部１２に記録されていることとする。また、液晶表示部３の表示領域のうち、シャッター領域６となる領域の位置情報も、予め設定されて開口データ切換部１１に記録されていることとする。
なお、前述の光の透過間隔の値は、カメラ内蔵ディスプレイ装置１に接続されたパーソナルコンピュータ等から変更することもできる。
また、シャッター領域６のフリッカーを抑えるために、シャッター領域６における表示画像のフレーム数は、１０ｆｐｓ程度以上確保することが望ましい。

はじめに、カメラ内蔵ディスプレイ装置１のシャッター制御部１０は、外部のパーソナルコンピュータ等から表示画像データを入力されると、開口データ切換部１１が、入力された表示画像データをそのまま、液晶表示部３に受け渡す（ステップＳ１０１）。この表示画像データを取得した液晶表示部３は、表示画像データに応じた画像を表示する。

次に、シャッター制御部１０のカメラ制御部１２は、内部クロックにより所定時間（１／１５ｓｅｃ）ごとに、パーソナルコンピュータ等の外部の装置またはカメラ内蔵ディスプレイ装置1の内部に用意した図示しないタイミング生成回路から送信されたカメラ動作要求情報を検出したか否かを判定する（ステップＳ１０２）。ここで、カメラ動作要求情報を検出しなかった場合は（ステップＳ１０２で‘Ｎｏ’の場合）、ステップＳ１０１に戻って、シャッター制御部１０は、入力された表示画像データをそのまま液晶表示部３に送信する。
ここで、カメラ動作要求情報を検出したか否かの判定は、１／１５ｓｅｃごとに実施されるため、１／６０ｓｅｃごとに開口データ切換部１１に入力される表示画像データは、ステップＳ１０２の判定が行われない期間は、ステップＳ１０１において、そのまま、液晶表示部３に送信される。

一方、ステップＳ１０２においてカメラ動作要求情報を検出した場合（ステップＳ１０２で‘Ｙｅｓ’の場合）、カメラ制御部１２は、開口データ切換部１１にタイミング信号を送信する（ステップＳ１０３）。このタイミング信号を受信した開口データ切換部１１は、入力された表示画像データのシャッター領域６に相当する領域をオフ表示としたシャッター画像データを生成して、液晶表示部３に送信する（ステップＳ１０４）。このシャッター画像データを受信した液晶表示部３は、シャッター画像データに対応する表示画像データからシャッター領域６のみがオフ表示された画像を表示する（シャッターが開放されている状態）。これにより、前面側からの光は、液晶表示部３のシャッター領域６を透過してカメラユニット４に入射する。

そして、カメラ制御部１２は、カメラユニット４にカメラ駆動信号を送信し（ステップＳ１０５）、このカメラ駆動信号を受信したカメラユニット４は、液晶表示部３のシャッター領域６を透過して入射した前面側の被写体の画像を撮像して、カメラ撮像データとして外部の装置に出力する。なお、カメラ制御部１２が送信するカメラ駆動信号は、ステップＳ１０２の判定とは関係なく、カメラ動作要求情報が入力された時点で送信される。

なお、カメラ制御部１２がカメラユニット４に送信するカメラ駆動信号は、開口データ切換部１１に送信したタイミング信号と同期して、１／１５ｓｅｃごとに送信することもできる。この場合、カメラユニットは、タイミング信号と同期したカメラ駆動信号により、１／１５ｓｅｃ間隔で被写体の画像を撮像することになる。

以上、説明した本実施形態に係るカメラ内蔵ディスプレイ装置１によると次のような効果が得られる。
まず、カメラ内蔵ディスプレイ装置１の奥行きを薄く構成できる。また、カメラ内蔵ディスプレイ装置１の構造が簡単であるため、カメラ内蔵ディスプレイ装置１の製造コストを抑えることができる。また、バックライトユニット５の孔５ａの周囲にライトガイド５ｂを設けたことで、液晶表示部３の孔５ａに対応する領域における照度むらの発生をより抑制することができる。

また、カメラユニット４のレンズ４ａとして、フレネルレンズを用いたことで、カメラ内蔵ディスプレイユニット１の奥行きをさらに薄く構成することができる。
さらに、シャッター領域６のみを点滅制御するため、使用者が液晶表示部３のフリッカーをほとんど意識することがない。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されず、本発明の技術分野に属する当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で様々な実施形態を実施可能である。
例えば、前記の実施形態において、カメラユニット４を１つ備える例を示したが、２組以上のカメラユニット４、孔５ａ、ライトガイド５ｂ及びシャッター領域６を備える構成としてもよい。例えば、カメラユニット４を２つ備えることで、これらのカメラユニット４から出力されるカメラ撮像データにより、ステレオ視が可能となる。

また、２つのカメラユニット４が撮像した画像を交互に補完することで、各シャッター領域６のオフ表示の間隔を長くしつつ、補完されたカメラ画像の単位時間あたりのフレーム数を大きくとることができる。
また、さらに多くのカメラユニット４を備えて、液晶表示部３の表示領域のうち、テレビ電話等の対面通話が行われるアプリケーションが実行されている領域近傍のカメラユニット４を選択して使用することもできる。
したがって、本発明は特許請求の範囲に記載された技術的思想により定められる。

また、本発明に係るディスプレイ装置は、一般的なパーソナルコンピュータ用のディスプレイ装置や液晶テレビ等のほかに、携帯電話またはＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、ムービーカメラ等のディスプレイ装置として利用可能である。
例えば、本発明に係るディスプレイ装置を液晶テレビに適用して、テレビ局等でアナウンス原稿を液晶表示部３に表示すると、アナウンサの視線がカメラから外れないため、視聴者に違和感を与えることがない。

また、カメラユニット４が撮像した画像をそのまま液晶表示部３に表示させることで鏡として利用したり、プリクラ（登録商標）に適用することもできる。また、液晶表示部３を白色表示（画面全体をオフ表示）することで、カメラユニット４の撮影照明として用いたり、ＡＴＭ（Automated Teller Machine）の操作パネルに適用することで監視カメラとしても利用できる。
また、カメラユニット４をディスプレイ装置に内蔵することなく、液晶表示部３の後背部に、分離可能に配置することもできる。

カメラ内蔵ディスプレイ装置の構成を示す図面であって、（ａ）はカメラ内蔵ディスプレイ装置の正面図であり、（ｂ）は、カメラ内蔵ディスプレイ装置の部分断面図である。 制御回路のブロック構成図である。 制御回路の動作を説明するフローチャートである。

符号の説明

１ カメラ内蔵ディスプレイ装置
２ 筐体
３ 液晶表示部
４ バックライトユニット
５ カメラユニット
５ａ 孔
５ｂ ライトガイド
６ シャッター領域
１０ シャッター制御部
１１ 開口データ切換部
１２ カメラ制御部

Claims (4)

1. 透過型液晶パネルを備え、入力された画像データを表示する液晶表示部と、
   前記液晶表示部の背面側に当該液晶表示部に接して配置されるバックライトユニットと、
   前記バックライトユニットの背面側に配置されるカメラユニットと、
   前記カメラユニットのレンズの位置に合わせて前記バックライトユニットに形成された孔と、
   外部から入力された画像データに基づいて、前記孔の近傍領域の表示を前面側からの光が透過するオフ表示にした画像データを、所定時間ごとに生成して前記液晶表示部に出力し、前記所定時間以外では外部から入力された画像データをそのまま前記液晶表示部に出力するシャッター制御部と、
   を備え、
   前記孔は前面側に向けてテーパー状に広がって形成され、
   前記バックライトユニットから照射される光を前記孔の周囲で回折させることにより、前記液晶表示部のうち、前記孔に対応する領域にも前記バックライトからの光が照射される
   ことを特徴とするディスプレイ装置。
2. 前記カメラユニットのレンズに、フレネルレンズを用いたこと、
   を特徴とする請求項１に記載のディスプレイ装置。
3. 前記カメラユニットと前記孔を複数備え、
   前記シャッター制御部は、前記複数のカメラに対するシャッター制御を行う構成を有すること、
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載のディスプレイ装置。
4. 透過型液晶パネルを備える液晶表示部と、前記液晶表示部の背面側に当該液晶表示部に接して配置されるバックライトユニットと、前記バックライトユニットの背面側に配置されるカメラユニットと、前記カメラユニットのレンズの位置に合わせて前記バックライトユニットに形成された孔と、前記孔の近傍領域の表示を前面側からの光が透過するオフ表示にした画像データを生成するシャッター制御部とを備えるディスプレイ装置の制御方法であって、
   前記孔は前面側に向けてテーパー状に広がって形成され、
   前記バックライトユニットから照射される光を前記孔の周囲で回折させることにより、前記液晶表示部のうち、前記孔に対応する領域にも前記バックライトからの光が照射され、
   前記シャッター制御部は、外部から入力された画像データに基づいて、前記孔の近傍領域の表示を前面側からの光が透過するオフ表示にした画像データを所定時間ごとに生成して前記液晶表示部に出力し、
   所定時間以外では、外部から入力された画像データをそのまま液晶表示部に出力すること、
   を特徴とするディスプレイ装置の制御方法。

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