WO2007026462A1 - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

　液晶表示パネル２と、バックライト装置５と、結像光学系を有する撮像部４と、少なくとも可視光を反射する反射部材１４とを備えた液晶表示装置を用いる。撮像部４は、観察者側から液晶表示パネル２に入射し、且つ、液晶表示パネル２及び結像光学系を通過する光を受光して、液晶表示パネル２の観察者側における状態を撮像する。バックライト装置５は、それと液晶表示パネル２との間に空間１７が存在するように配置する。反射部材１４は、液晶表示パネル２とバックライト装置５との間に、反射面１４ａを空間１７に向けた状態で、空間１７を囲むように配置する。

Description

明 細 書

液晶表示装置

技術分野

[0001] 本発明は、液晶表示装置、特には画像入力機能を備えた液晶表示装置に関する。

背景技術

[0002] 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、タツチパネル付の 表示装置が挙げられる (例えば、特許文献 1参照。 ) o特許文献 1に開示の表示装置 は、プロジェクタ力も照射され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ツチ 位置の検出を行なっている。

[0003] また、タツ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。

特許文献 1：特開 2001— 350586号公報 (第 1図）

特許文献 2：特開 2004— 159273号公報 (第 2図-第 3図）

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] し力しながら、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。

[0005] また、特許文献 2に開示の表示装置は、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の表示装置には、高解 像度で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。 [0006] 本発明の目的は、上記問題を解消し、発熱量が少なぐ静音化及び小型化が可能 であって、且つ高解像度での画像の取り込みを可能とし得る液晶表示装置を提供す ることにめる。

課題を解決するための手段

[0007] 上記目的を達成するために本発明における液晶表示装置は、液晶表示パネルと、 前記液晶表示パネルをその裏面側から照明するバックライト装置と、結像光学系を有 する撮像部と、少なくとも可視光を反射する反射部材とを備え、前記撮像部は、観察 者側から前記液晶表示パネルに入射し、且つ、前記液晶表示パネル及び前記結像 光学系を通過する光を受光して、前記液晶表示パネルの観察者側における状態を 撮像し、前記バックライト装置は、前記バックライト装置と前記液晶表示パネルとの間 に空間が存在するように配置され、前記反射部材は、前記液晶表示パネルと前記バ ックライト装置との間において、反射面を前記空間に向けた状態で、前記空間を囲む ように配置されて 、ることを特徴とする。

発明の効果

[0008] 以上のように本発明における液晶表示装置によれば、液晶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 発明における液晶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、高解像度での画像の取り込みを達成でき る。

図面の簡単な説明

[0009] [図 1]図 1は、本発明の実施の形態 1における液晶表示装置の概略構成を示す断面 図である。

[図 2]図 2は、図 1に示す液晶表示装置を構成する反射部材と液晶表示パネルとの位 置関係を示す平面図である

[図 3]図 3は、図 1に示す液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。

[図 4]図 4は、図 1及び図 3に示した液晶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 5]図 5は、図 1及び図 3に示した液晶表示装置に備えられた検出光源の概略構成 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。

[図 6]図 6は、検出光源の他の例を示す図であり、図 6 (a)は検出光の出射方向に沿 つて切断した断面図、図 6 (b)は正面図である。

[図 7]図 7は、カラーフィルタの透過率分光特性を示す図である。

[図 8]図 8は、液晶表示パネルを構成する偏光板の透過率分光特性を示す図である 圆 9]図 9は、一般的なバックライト装置力も出射される光の配向分布を示す図である

[図 10]図 10は、本発明の実施の形態 1における液晶表示装置の他の例の一部分を 拡大して示す断面図である。

[図 11]図 11は、図 1〜図 3に示す液晶表示装置に備えられた制御装置の構成を示 すブロック図である。

[図 12]図 12は、本発明の実施の形態 2における液晶表示装置の概略構成を示す断 面図である。

圆 13]図 13は、図 12に示す液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。

[図 14]図 14は、図 12及び図 13に示した液晶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 15]図 15は、図 12〜図 14に示した撮像部によって撮像された画像の外形と補正 後の画像の外形とを示す図である。

[図 16]図 16は、図 12及び図 13に示す液晶表示装置に備えられた制御装置の構成 を示すブロック図である。

[図 17]図 17は、本発明の実施の形態 3における液晶表示装置の概略構成を示す断 面図である。

[図 18]図 18は、図 17に示す液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。

[図 19]図 19は、本発明の実施の形態 4における液晶表示装置の概略構成を示す断 面図である。

[図 20]図 20は、図 19に示す液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。 [図 21]図 21は、本発明の実施の形態 5における液晶表示装置の概略構成を示す断 面図である。

[図 22]図 22は、図 21に示す液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。

[図 23]図 23は、本発明の実施の形態 6における液晶表示装置の概略構成を示す断 面図である。

[図 24]図 24は、図 23に示す液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。

[図 25]図 25は、本発明の実施の形態 7における液晶表示装置の概略構成を示す断 面図である。

[図 26]図 26は、図 25に示す液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。 発明を実施するための最良の形態

[0010] 本発明における液晶表示装置は、液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルをその 裏面側から照明するバックライト装置と、結像光学系を有する撮像部と、少なくとも可 視光を反射する反射部材とを備え、前記撮像部は、観察者側から前記液晶表示パ ネルに入射し、且つ、前記液晶表示パネル及び前記結像光学系を通過する光を受 光して、前記液晶表示パネルの観察者側における状態を撮像し、前記バックライト装 置は、前記バックライト装置と前記液晶表示パネルとの間に空間が存在するように配 置され、前記反射部材は、前記液晶表示パネルと前記バックライト装置との間におい て、反射面を前記空間に向けた状態で、前記空間を囲むように配置されていることを 特徴とする。

[0011] なお、本発明でいう「バックライト装置と液晶表示パネルとの間の空間」は、撮像部 の光学的撮像距離 (結像光学系の焦点距離)を確保するために設けられた空間を 、 V、、その大きさや形状は特に限定されるものではな！/、。

[0012] 上記本発明における液晶表示装置にお!、ては、前記液晶表示パネルの観察者側 に向けて検出光を照射する検出光源を備え、前記検出光源が、前記検出光として 7 OOnm以上の波長の光を照射し、前記撮像部が、観察者側から前記液晶表示パネ ルに入射し、且つ、前記液晶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、前記液晶表示パネルの観察者側における状態を撮像する態様とする のが好ましい。上記態様とした場合は、可視光によるノイズを除去でき、撮像画像の 解像度の向上を図ることができる。

[0013] また、上記本発明における液晶表示装置においては、前記反射部材としては、ハ 一フミラーや、 700nm以上の波長の光を透過させるバンドパスミラーを用いることが できる。更に、上記本発明における液晶表示装置においては、前記撮像部が、前記 液晶表示パネルの裏面側にお!、て、前記反射部材を介して前記液晶表示パネルの 観察者側における状態を撮像する態様とすることもできる。この態様とした場合は、撮 像部は、液晶表示パネルの厚み方向において表示領域と重ならないため、液晶表 示パネルやバックライト装置による制限を受けることなく配置できる。

[0014] また、上記本発明における液晶表示装置においては、前記バックライト装置が、光 源と、前記光源の前記液晶表示パネル側に配置された光学層とを有し、前記撮像部 力 前記バックライト装置の内部に配置され、前記光学層における前記撮像部に受 光される光の光学的経路と重なる領域に、開口部が形成され、前記開口部の内部に 、または前記開口部の開口が覆われるように、 700nm以上の波長の光を透過させる バンドパスミラーが配置されて 、る態様とすることもできる。上記態様とした場合は、 撮像領域を撮像部の正面に位置させることができるため、撮像画像が台形状に歪む のを回避できる。また、液晶表示装置の構成を簡略ィ匕することもできる。

[0015] また、上記本発明における液晶表示装置にお!、ては、前記反射部材が、前記反射 面が前記バックライト装置の発光面に対して垂直となるように配置されて 、るのが好 ましい。この場合、例えば、ノ ックライト装置の発光面から出射角 αで出射された光は 、反射部材で反射された後、表示領域から出射角 αで出射する。よって、表示領域 力 出射される照明光の表示領域における視野角特性の均一化を図ることができる

[0016] 更に、上記本発明における液晶表示装置においては、前記反射部材が、前記反 射面が前記バックライト装置の発光面の法線に対して傾斜するように配置され、前記 バックライト装置の輝度が最大となる方向を基準とする前記反射面の傾斜角は、前記 反射部材の反射率が Χ%であるときに、前記バックライト装置から出射される光の配 向分布を示すグラフにおいて輝度が最大輝度の Χ%となる方向と前記輝度が最大と なる方向とがなす角 Θの 2分の 1に設定されているのも好ましい。この場合は、特に、 反射部材がハーフミラーであるときに、表示領域における視野角特性の均一化や、 更には表示領域における光量分布の均一化を測ることができる。

[0017] また、上記本発明における液晶表示装置においては、前記バックライト装置が、そ の発光領域の面積が前記液晶表示パネルの表示領域の面積よりも大きくなるように 構成されているのが好ましい。この場合、液晶表示パネルとバックライト装置との間の 距離が長い場合であっても、液晶表示パネルを十分に照明することができる。

[0018] 更に、上記本発明における液晶表示装置においては、前記反射部材が、その前記 バックライト装置側の端部が前記バックライト装置の発光領域の外縁の内側に位置す るように配置されているのが好ましい。この場合、観察者によって、ノ ックライト装置と 反射部材との境界が観察されてしまうのを抑制でき、表示品位の向上を図ることがで きる。また、前記反射部材が、その前記液晶表示パネル側の端部が前記液晶表示パ ネルの表示領域の外縁の外側に位置するように配置されて 、るのも好ま U、。この場 合は、観察者によって、液晶表示パネルと反射部材との境界が観察されてしまうのを 抑制でき、表示品位の向上を図ることができる。

[0019] (実施の形態 1)

以下、本発明の実施の形態 1における液晶表示装置について、図 1〜図 11を参照 しながら説明する。最初に、本実施の形態 1における液晶表示装置の全体構成につ いて図 1〜図 3を用いて説明する。図 1は、本発明の実施の形態 1における液晶表示 装置の概略構成を示す断面図である。図 2は、図 1に示す液晶表示装置を構成する 反射部材と液晶表示パネルとの位置関係を示す平面図である。図 3は、図 1に示す 液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。

[0020] 図 1及び図 3に示すように、液晶表示装置は、液晶表示パネル 2と、液晶表示パネ ル 2をその裏面側力も照明するバックライト装置 5と、結像光学系（図示せず)を有す る撮像部 4と、少なくとも可視光を反射する反射部材 14とを備えている。

[0021] 本実施の形態 1にお 、て、液晶表示装置は、透過型の液晶表示装置である。液晶 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 つ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。

[0022] 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（図 1中の太線の矢印で示す）において重なる領域力 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。

[0023] 図 1に示すように、撮像部 4は、観察者側力も液晶表示パネル 2に入射し、且つ、液 晶表示パネル 2及び結像光学系を通過する光を受光して、液晶表示パネル 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、液晶表示パネル 2の表示 領域 3上の被写体 1 (ヒトの指先)からの反射光が、液晶表示パネル 2、更には反射部 材 14を介して、結像光学系に入射するように配置されている。撮像部 4は、結像光学 系に入射し、且つ、これを通過した光を受光し、これによつて被写体 1を撮像している 。なお、撮像部 4の具体的な構成については後述する。

[0024] また、本実施の形態 1にお!/、ては、液晶表示装置は、液晶表示パネル 2の観察者 側に向けて、即ち、被写体 1に向けて検出光を照射する検出光源 7も備えている。こ のため、撮像部 4は、観察者側カゝら液晶表示パネル 2に入射し、且つ、液晶表示パネ ル 2及び結像光学系を通過する検出光、即ち、被写体 1で反射された検出光を受光 することによって、撮像を行っている。更に、検出光の波長は、赤外領域に設定され ている。この点については、後述する。

[0025] また、一般的な液晶表示装置では、バックライト装置は液晶表示パネルに密着して いる。これに対し、図 1に示すように、ノ ックライト装置 5は、ノ ックライト装置 5と液晶表 示パネル 2との間に空間 17が存在するように配置されている。具体的には、液晶表 示パネル 2とバックライト装置 5とは、フレーム 20によって、一定の距離 Lを置いて保 持されている。本実施の形態 1では、撮像部 4もフレーム 20に保持されている。

[0026] このように、液晶表示パネル 2とバックライト装置 5との間に空間 17を設け、これらの 間の距離を従来に比べて大きくしているのは、撮像部 4の光学的撮像距離 (結像光 学系の焦点距離)を稼ぐためである。本実施の形態 1において、空間 17の大きさ (距 離 Lの長さ）は、撮像部 4の光学的撮像距離を考慮して設定すれば良い。

[0027] 例えば、液晶表示パネル 2の大きさ力 30インチ程度であるならば、液晶表示パネ 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。液晶表示パネル 2とバ ックライト装置 5との間には、液晶表示装置の強度を高めるため、透明の榭脂材料を 充填する等しても良い。

[0028] また、液晶表示パネル 2とバックライト装置 5との間の距離 Lが従来に比べて大きい ため、図 1及び図 3に示すように、ノ 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、液晶表示パネル 2とバックライト装置 5との距離 Lが大き 、と、液晶表示パネル 2の照射領域が減少す る傾向にあるからである。

[0029] また、本実施の形態 1において、ノ 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の底面に、互いに平行な状態で配置されている（図 3参照)。筐体 8の 内面には、図示していないが、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 Z偏光シート 12を順に積層して形成されて いる。

[0030] ところで、このように液晶表示パネル 2とバックライト装置 5との間に空間 17が設けら れていると、図 2に示すように、液晶表示パネル 2の表示領域 3の外縁近傍の領域（ 領域 A)に照明光が届きに《なる可能性がある。この場合、領域 Aの輝度が低下し、 液晶表示装置の表示品位が低下するおそれがある。このため、図 1〜図 3に示すよう に、反射部材 14力 液晶表示パネル 2とバックライト装置 5との間において、反射面 1 4aを空間 17に向けた状態で、空間 17を囲むように配置されている。

[0031] この結果、フレーム 20の側壁へと向力う照明光は、反射部材 14によって表示領域 3へと反射され、領域 Aにも照明光が届くため、上記した表示品位の低下を回避する ことができる。なお、本実施の形態 1において、反射部材 14は、 4枚の反射板で構成 されている。 [0032] また、本実施の形態 1においては、上述したように、撮像部 4は、反射部材 14の外 側に配置されており、反射部材 14を介して撮像を行なっている。よって、反射部材 1 4としては、入射した光の一部を透過させるハーフミラーや、可視光を反射し、検出光 のみを透過させるバンドパスミラーを用いるのが好まし 、。

[0033] 前者の場合、反射部材 14の反射率は、撮像部 4の感度等を考慮して適宜設定す れば良ぐ例えば、 20%〜80%程度とするのが好ましい。また、後者の場合は、撮像 部 4には検出光のみが入射するため、可視光によるノイズが除去された画像を得るこ とができる。その他、反射部材 14としては、撮像部 4に入射する光の光路と重なる領 域の反射率のみが低く設定された全反射ミラーを用いることもできる。

[0034] また、図 1及び図 3に示すように、反射部材 14は、反射面 14aがバックライト装置 5 の発光面に対して垂直となるように配置するのが好ましい。この場合、例えば、ノ ック ライト装置 5の発光面力 出射角 αで出射された光は、反射部材 14で反射された後 、表示領域 3から出射角 αで出射する。よって、表示領域 3から出射される照明光の 表示領域 3における視野角特性の均一化を図ることができる。

[0035] 更に、図 1〜図 3に示すように、反射部材 14は、そのバックライト装置 5側の端部が 発光領域の外縁の内側 (発光面内）に位置するように配置するのが好ましい。この場 合、観察者によって、バックライト装置 5と反射部材 14との境界が観察されてしまうの を抑制でき、表示品位の向上を図ることができる。なお、発光領域の外縁は、図 1の 例では、光学層 13の外縁に一致する。

[0036] また、反射部材 14は、その液晶表示パネル 2側の端部が表示領域 3の外縁の外側 に位置するように配置するのも好ましい。具体的には、観察者側から観察したときの 表示領域 3の外縁と反射部材 14の液晶表示パネル 2側の端部との距離 L2 (図 1参 照）が、表示領域の対角線の長さを T[cm]として、（1ZT) cm以上であるのが好まし い。この場合は、観察者によって、液晶表示パネル 2と反射部材 14との境界が観察さ れてしまうのを抑制でき、表示品位の向上を図ることができる。

[0037] また、本実施の形態 1では、図 1及び図 3に示すように、撮像部 4は、液晶表示パネ ル 2の裏側における液晶表示パネル 2とバックライト装置 5との間であって、液晶表示 パネル 2の厚み方向において表示領域 3と重なる領域の周辺（空間 17の周辺）に配 置されている。この場合、撮像部 4は、液晶表示パネル 2の厚み方向において表示領 域 3と重ならないため、液晶表示パネル 2やバックライト装置 5による制限を受けること なく配置できる。

[0038] 更に、撮像部 4は、図 1及び図 3に示すように、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それぞれは、表示領域 3内の異なる領域における観察者 側の状態を撮像でき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、液晶表示パネル 2とバックライト装置 5との間の距離 Lを 短くでき、液晶表示装置の薄型化を図ることができる。

[0039] 更に、複数個の撮像部 4それぞれの撮像領域は、被写体 1の位置の認識が正確に 行われるようにするため、隣接する撮像領域同士が部分的に重なり合うように設定す るのが好ましい。また、撮像部 4は、表示領域 3上に存在するものを被写体 1として撮 像するため、撮像部 4の結像光学系の合焦範囲は、液晶表示パネルの表面近傍、例 えば、表示領域 3から観察者側に lcmの範囲内に設定するのが好ましい。

[0040] また、本実施の形態 1では、検出光源 7は光量ロスを少なくするため、表示領域 3の 周辺の領域に配置されている。具体的には、検出光源 7は 4つ備えられており、各検 出光源 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。各検出光源 7は、対向位置にある検出光源 7へ向けて検出光を出射する。な お、本実施の形態 1において、検出光源 7の数は特に限定されるものではない。例え ば、検出光源 7の数が二つであって、対向する 2辺にのみ検出光源 7が配置された態 様であっても良い。

[0041] 次に、撮像部 4及び検出光源 7の構成について図 4〜図 6を用いて具体的に説明 する。図 4は、図 1及び図 3に示した液晶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 4に示すように、本実施の形態 1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 (ノ、 ィパスフィルタ） 31とを備えている。固体撮像素子 32は、 CCD固体撮像素子や、 M OS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。

[0042] 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 32 a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 3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。

[0043] このように、本実施の形態 1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 1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 を行うことなぐ画質の優れた画像を得ることができる。

[0044] なお、本発明にお ヽて「結像光学系」とは、液晶表示パネルの表面近傍と撮像部の 受光面とに焦点を有し、液晶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。よって、図 4の例では、結像光学系は、レンズ素子 30のみによって構成 されている力 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 、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。

[0045] 図 5は、図 1及び図 3に示した液晶表示装置に備えられた検出光源の概略構成を 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。図 6は、検出光源の他の例を示す図であり、図 6 (a)は検出光の出射方 向に沿って切断した断面図、図 6 (b)は正面図である。

[0046] 図 5 (a)及び (b)に示すように、検出光源 7は、複数個の発光ダイオード 21を備えて いる。各発光ダイオード 21が出射する光の波長は、後述するように予め設定されて いる。複数個の発光ダイオード 21は、出射面が揃うようにして、フレーム 23の内部に 一列に配置されている。また、発光ダイオード 21は、それぞれ個別に榭脂によってモ 一ルドされている。 22は、榭脂モールドを示している。

[0047] フレーム 23は、出射方向側が開口したボックス状に形成されている。フレーム 23の 出射方向側の開口には、面発光を可能とするため、拡散シートを含む光学シート 24 が取り付けられている。また、フレーム 23の内面には、反射シートが貼付されている。 図 5 (b)においては、光学シート 24の図示は省略している。

[0048] このような検出光源 7を表示領域 3の周囲に配置すれば、被写体 1 (図 1参照）が表 示領域 3上のどの位置にあっても、検出光が被写体 1に照射され、その反射光が撮 像部 4によって受光される。また、配置する発光ダイオード 21の数は特に限定される ものではなぐ表示領域 3 (図 1〜図 3参照）の大きさに応じて必要な光量が得られる ように設定すれば良い。

[0049] また、本実施の形態 1においては、検出光源 7の代わりに、図 6に示す検出光源 25 を用いることもできる。図 6の例においても、検出光源 25は、榭脂によってモールドさ れた複数個の発光ダイオード 21を備えている。但し、検出光源 25は、図 5に示した 検出光源 7と異なり、導光板 26を備えている。また、導光板 26は、直方体形状に形 成されており、各発光ダイオード 21は、導光板 26の長軸方向に位置する端面と対向 するように配置されている。各発光ダイオード 21から出射された光は、導光板 26の内 部で反射を繰り返した後、出射方向側にある側面から出射される。

[0050] また、図 6の例においても、フレーム 27は、出射方向側が開口したボックス状に形 成されている。更に、図 5の例と同様に、フレーム 27の出射方向側の開口には、拡散 シートを含む光学シート 28が取り付けられている。また、フレーム 27の内面にも、反 射シートが貼付されている。また、図 6 (b)においても、光学シート 28の図示は省略し ている。

[0051] このように、図 6に示す検出光源 25を用いた場合は、図 5の例に比べて少ない数の 発光ダイオード 21によって面発光が可能となるため、消費電力の削減を図ることがで きる。また、図 6の例では、発光ダイオード 21は、導光板 26の端面毎に 2個ずつ配置 されている力 発光ダイオード 21の数は特に限定されるものではない。

[0052] ここで、検出光源 7から出射される検出光の波長と、撮像部 4が受光する光の波長 とについて図 7及び図 8を用いて説明する。図 7は、カラーフィルタの透過率分光特 性を示す図である。図 7において、横軸は光の波長 [nm]を示し、縦軸は透過率 [%] を示している。また、図 7は、ブルー、グリーン、レッドそれぞれのカラーフィルタにつ いて透過率を示している。

[0053] 図 8は、液晶表示パネルを構成する偏光板の透過率分光特性を示す図である。図 8において、横軸は透過光の波長 [nm]を示し、縦軸は透過率 [%]を示している。ま た、図 8は、二枚の偏光板を平行-コル配置にした場合と、直交-コル配置にした場 合とを示している。

[0054] 図 1を用いて上述したように、被写体 1で反射した検出光は、液晶表示パネル 2を透 過した後、撮像部 4に入射するが、このとき、検出光は、液晶表示パネル 2のカラーフ ィルタや偏光板を透過する必要がある。よって、検出光がカラーフィルタや偏光板を 容易に透過できるようにするためには、図 7及び図 8に示すように、検出光の波長が 赤外領域に設定されて ヽるのが好まし ヽ。

[0055] 具体的には、検出光の波長の下限は、 700nm以上に設定する。また、検出光の波 長の下限は、 800nm以上、特には 850nm以上に設定するのが好ましい。また、一 般に、波長が lOOOnm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、 lOOOnm以下とするのが好ましい。

[0056] また、検出光の波長が赤外領域に設定されて 、る場合に、被写体 1によって反射さ れた可視光が撮像部 4に入射すると、この可視光はノイズ成分となる。また、ここでい う可視光としては、バックライトから出射され、液晶表示パネル 2を通過した照明光や 、液晶表示装置の外部からの光が挙げられる。

[0057] よって、撮像部 4は、波長が赤外領域の光のみを受光できるように構成されて!、る のが良い。具体的には、図 3で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。

[0058] また、上述したしょうに、反射部材 14として、可視光を反射し、波長が赤外領域の 光 (検出光）のみを透過させるバンドパスミラーを用いるのであれば、光学フィルタ 31 を用いない態様とできる。この態様においては、反射部材 14によって、可視光による ノイズ成分が除去される。この場合、反射部材 14としては、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ダイクロイツク ミラーを用いることができる。

[0059] 以上のように、本実施の形態 1においては、表示領域 3上にある被写体 1の光学像 は結像光学系によって受光面に結像される。よって、本実施の形態 1における液晶 表示装置を用いることで、従来と比べて鮮明な光学像を得ることができ、高解像度で の画像の取り込みを達成できる。また、液晶表示パネルを用いるため、熱の発生の抑 制や、静音化及び小型化を図ることもできる。

[0060] 特に、本実施の形態 1にお!/、ては、被写体を撮像するために赤外領域の波長の光 を使用し、可視光によるノイズを除去できる。このため、本実施の形態 1によれば、例 えば、 QRコード等の複雑な図形や、文字等も鮮明に取り込むことができる。

[0061] また、本実施の形態 1では、図 1及び図 3に示すように、反射部材 14は、反射面 14 aがバックライト装置 5の発光面に対して垂直となるように配置されて 、るが、これに限 定されるものではない。本実施の形態 1においては、特に、反射部材 14がハーフミラ 一である場合は、反射部材 14は、反射面 14aがバックライト装置 5の発光面の法線に 対して傾斜するように配置されていても良い。但し、この場合は、バックライト装置 5の 発光面の法線を基準とする反射面 14aの傾斜角を適切な値に設定するのが好まし V、。この点につ 、て図 9及び図 10を用いて説明する。

[0062] 図 9は、一般的なバックライト装置力も出射される光の配向分布を示す図である。図 9において、縦軸は、輝度を示し、横軸は、バックライト装置の輝度が最大となる方向 を基準 (0° )としたときの該方向力もの傾斜角度を示している。図 10は、本発明の実 施の形態 1における液晶表示装置の他の例の一部分を拡大して示す断面図である。

[0063] 図 9に示すように、バックライト装置は、所定の方向（一般的には、発行面の法線方 向）において輝度が最大となり、輝度が最大となる方向となす角度が大きくなるにつ れて輝度が低下する特性を有している。ここで、反射部材 14の反射率が X% (例えば 80%)、図 9に示すグラフにおいて輝度が最大輝度の X%となる方向と輝度が最大と なる方向とがなす角度が Θであるとする。このとき、図 10に示すように、ノックライト装 置 5の輝度が最大となる方向を基準とする反射面 14aの傾斜角は（ Θ /2)に設定す るのが好ましい。 [0064] 図 10に示すように、傾斜角を（ Θ /2)に設定した場合は、例えば、輝度が最大の 光、即ち、発光面の法線方向に沿って出射した光は、反射部材 14で反射されて輝 度カ¾%となった後、表示領域 3から出射角 Θで出射する。このため、図 10の例によ れば、特に、反射部材 14がハーフミラーである場合において、表示領域 3における 視野角特性の均一化や、更には表示領域 3における光量分布の均一化を測ることが できる。

[0065] なお、図 10に示す例においても、図 1に示した例と同様に、反射部材 14は、ノ ック ライト装置 5側の端部が発光領域の外縁の内側 (発光面内）〖こ位置し、液晶表示パネ ル 2側の端部が表示領域 3の外縁の外側に位置するように配置するのが好ま 、。 更に、観察者側力も観察したときの表示領域 3の外縁と反射部材 14の液晶表示パネ ル 2側の端部との距離 L2 (図 1参照）は、（1ZT) cm以上であるのが好ましい。

[0066] また、本実施の形態 1にお!/ヽて、撮像部 4は撮像した光学像を撮像データとして出 力するが、液晶表示装置は、この撮像データに基づいて画像処理等を行う制御装置 を備免ることちでさる。

[0067] ここで、本実施の形態 1における液晶表示装置で行われる画像処理について図 11 を用いて説明する。図 11は、図 1〜図 3に示す液晶表示装置に備えられた制御装置 の構成を示すブロック図である。図 11に示すように、本実施の形態 1における液晶表 示装置 110は、撮像部 4が出力した撮像データに基づ ヽて画像処理等を行う制御装 置 109を備えている。制御装置 109は、主に、画像処理装置 100と、画像入力制御 装置 105と、表示制御装置 107とを備えている。また、制御装置 109は、外部装置 1 08に接続されている。外部装置 108としては、例えば、パーソナルコンピュータ、ゲ ーム機器、テレビチューナ、 DVDプレイヤー、更には家庭電ィ匕製品等の液晶表示装 置に映像信号を出力する各種機器が挙げられる。

[0068] また、図 11に示すように、画像入力制御装置 105は、外部装置 108の制御信号に よる指示に応じて、撮像部 4に撮像データの出力を求める。複数個の撮像部 4それぞ れは、画像入力制御装置 105から制御信号によって出力要請が通知されると、撮像 データを画像入力制御装置 105へと出力する。画像入力制御装置 105は、撮像部 4 毎にメモリ 106に撮像データをー且記憶させた後、各撮像データを画像処理装置 10 0へと出力する。また、画像入力制御装置 105は、外部装置 108の制御信号による 指示に応じて、撮像部 4の固体撮像素子 32 (図 4参照）に対して、撮像の指示、感度 設定、解像度設定等を行うこともできる。

[0069] 画像処理装置 100に入力された各撮像データは、先ず、画像合成部 101によって 合成され、一つの撮像データとされ、ノイズ除去部 102へと送られる。ノイズ除去部 1 02は、先ず、画像合成部 101が出力した撮像データから、オフセット成分を減算する 。更に、ノイズ除去部 102は、オフセット成分の除去後の撮像データから、表示成分 の除去を行う。その後、ノイズ除去部 102は、得られた撮像データを画像認識部 103 へと出力する。

[0070] ここで、オフセット成分とは、バックライト装置 5 (図 1参照)から照射された後、液晶 表示装置 110の構成部材の表面や構成部材間の界面等で反射され、撮像部 4の固 体撮像素子 32 (図 3参照）に入射した光量成分をいう。また、表示成分とは、液晶表 示パネル 2を介して外部力ゝら撮像部 4に入射した光量成分をいう。表示成分は、表示 領域に表示される画像によって変動する。

[0071] 表示成分は、設定された基準データ力 算出され、算出された値を用いて上記の 処理が行われる。オフセット成分は予め設定され、画像処理装置 100が備えるメモリ（ 図示せず）に格納されている。表示成分を算出するための基準データも同様に予め 設定され、画像処理部 100が備えるメモリ（図示せず）に格納されている。

[0072] オフセット成分の設定は、例えば、次の手順によって行うことができる。先ず、表示 領域 3への外部からの光の入射が遮断された状態とする。例えば、液晶表示装置を 暗室に配置することによって、または、検出光を透過させるが可視光を透過させない シートや暗幕によって表示領域 3を覆うことによって行う。更に、表示領域 3上に被写 体となる物体が存在しな！ヽ状態とする。

[0073] 次に、バックライト装置 5の光源の点灯と検出光源 7による検出光の照射とを行い、 このときに撮像部 4が出力する撮像データを取得する。このとき取得された撮像デー タ、即ち上記状態で撮像部 4の固体撮像素子 32に入射した光量成分が、オフセット 成分となる。オフセット成分の設定は、液晶表示装置の工場出荷段階で行うこともで きるし、使用を開始した後にユーザが随時行うこともできる。 [0074] また、表示成分を算出するための基準データの設定は、例えば次の手順によって 行なうことができる。先ず、液晶表示装置 110の設置環境下において、表示領域 3上 に被写体となる物体が存在しない状態とする。次に、外光成分が液晶表示パネル 2 を介して撮像部 4に入射したときに、撮像部 4が出力する撮像データの最大値および 最小値、即ち、液晶表示パネル 2が白表示状態時及び黒表示状態にある時の撮像 データを取得する。次に、取得された撮像データから、液晶表示装置 110の設置環 境下における、外光成分の入射による表示成分の出力幅を算出する。このとき算出 された出力幅のデータが、表示成分を算出するためのデータ (基準データ）となる。 上述した設定作業は、液晶表示装置 110の使用環境が同じであれば、設置時に一 度行えばそれで良い。

[0075] また、表示成分は、液晶表示装置 110を使用している状況下で、映像信号から得ら れる表示画像の階調レベルと、予め算出された出力幅 (基準データ）とから算出され る。上述した表示成分の除去は、具体的には、次の手順によって行われる。先ず、ノ ィズ除去部 102は、外部装置 108から出力された映像信号から、表示画像の階調レ ベルを抽出し、抽出した階調レベルと基準データとから表示成分を算出する。次に、 ノイズ除去部 102は、このとき撮像部 4が出力した撮像データから表示成分を減算す る。また、上述のように、表示成分は、表示領域に表示される画像によって変動するこ とから、表示状態の変化に応じて随時表示成分を算出する必要がある。

[0076] また、画像認識部 103は、ノイズ除去が行われた撮像データに基づ!/ヽて、被写体の 画像及び位置を特定し、これらを画像データとして外部装置 108へと出力する。外部 装置 108は、入力された画像データを用いて各種の処理を行い、処理が反映された 映像信号を表示制御装置 107へと出力する。外部装置 108が行う処理としては、例 えば、外部装置 108がパーソナルコンピュータであるならば、カーソルの移動処理や クリック動作処理等が挙げられる。更に、表示制御装置 107は、映像信号に基づいて 制御信号を生成し、これを液晶表示パネル 2の駆動回路（図示せず）に出力する。

[0077] また、本実施の形態 1において、制御装置 109は、例えば、 CPUを内蔵した ICチッ プによって提供できる。 ICチップは、例えば、 FPCを介して液晶表示パネル 2に接続 された基板上に搭載できる。また、この場合、 ICチップに内蔵された CPUは、表示制 御装置 107、画像入力制御装置 105、及び画像処理装置 100として機能することが できる。

[0078] (実施の形態 2)

次に、本発明の実施の形態 2における液晶表示装置について、図 12〜図 16を参 照しながら説明する。図 12は、本発明の実施の形態 2における液晶表示装置の概略 構成を示す断面図である。図 13は、図 12に示す液晶表示装置の概略構成を示す 分解斜視図である。図 14は、図 12及び図 13に示した液晶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。なお、図 12〜図 14に示された符号のうち、図 1〜図 4に示された符号と同一の符号は、図 1〜図 4において当該符号が付された部 材と同一の部材を示している。

[0079] 図 12〜図 14に示すように、本実施の形態 2における液晶表示装置は、検出光源 7 の位置及び撮像部 34の構成の点で、実施の形態 1における液晶表示装置と異なつ ている。それ以外の点では、本実施の形態 2における液晶表示装置は、実施の形態 1における液晶表示装置と同様に構成されている。以下、相違点について具体的に 説明する。

[0080] 図 14に示すように、本実施の形態 2においても、撮像部 34は、実施の形態 1と同様 に、レンズ素子 35と、固体撮像素子 32と、光学フィルタ 31とを備えている。但し、本 実施の形態 2においては、実施の形態 1と異なり、レンズ素子 35と、固体撮像素子 32 とによってシフト光学系は構成されていない。レンズ素子 35及び固体撮像素子 32は 、レンズ素子 35の光軸 35aと固体撮像素子 32の受光面の中心を通る法線 32aとが 一致するように、フレーム 36に保持されている。

[0081] このため、本実施の形態 2においては、図 12及び図 13に示すように、撮像部 34は 、固体撮像素子 32の受光面の中心を通る法線 32a (図 14参照）と、レンズ素子 35 ( 結像光学系）の光軸 35a (図 14参照）とが、表示領域 3に向力つて傾斜した状態で配 置されている。

[0082] なお、本実施の形態 2にお 、ても、複数個の撮像部 34が表示領域 3の裏側に配置 されている。また、撮像部 34の光学的撮像距離 (結像光学系の焦点距離)を稼ぐた め、液晶表示パネル 2とバックライト装置 5との間には、空間 17が設けられている。更 に、表示品位の低下を抑制するため、反射部材 14力 反射面 14aを空間 17に向け た状態で、空間 17を囲むように配置されている。このため、撮像部 34も、図 1に示し た撮像部 4と同様に、反射部材 14を介して撮像を行なって 、る。

[0083] また、検出光源 7は、実施の形態 1において図 4及び図 5に示したものと同様のもの である。但し、本実施の形態 2においては、検出光源 7は、実施の形態 1と異なり、液 晶表示パネル 2の裏面側における、液晶表示パネル 2の厚み方向にぉ 、て表示領 域 3と重なる領域の周辺に配置されている。また、検出光源 7は、検出光が表示領域 3に向力つて出射されるように、光軸が傾斜した状態で配置されている。更に、本実 施の形態 2においては、検出光源 7は、液晶表示パネル 2の裏面側において、反射 部材 14の外側に配置されているため、検出光は反射部材 14を介して出射される。

[0084] 更に、本実施の形態 2において、液晶表示パネル 2とバックライト装置 5とを一定の 距離を置 、て保持するフレーム 37は、実施の形態 1にお!/、て図 1に示したフレーム 2 0とは、形状の点で異なっている。フレーム 37は、撮像部 34と検出光源 7とを斜めの 状態で保持できるように形成されて 、る。

[0085] このように、本実施の形態 2によれば、液晶表示パネル 2の観察者側に検出光源 7 が配置されないため、実施の形態 1に比べて、液晶表示装置の正面側のデザインの 自由度を高めることができる。また、撮像部 34においてシフト光学系を採用しないた め、実施の形態 1に比べて、結像光学系を構成するレンズ系の小径化や、結像光学 系の簡略ィ匕を図ることができる。また、このため、設計コストの低減を図ることができる

[0086] 但し、本実施の形態 2では、撮像部 34がシフト光学系を採用していないため、各撮 像部 34が撮像した画像は、図 15の上段に示すように、台形状に歪んでしまう。この ため、本実施の形態 2においては、図 15の下段に示すように、制御装置が、台形状 に歪んだ撮像画像を矩形状に補正している。なお、図 15は、図 12〜図 14に示した 撮像部によって撮像された画像の外形と補正後の画像の外形とを示す図である。ま た、図 15中の横方向が走査線方向に相当する。

[0087] ここで、本実施の形態 2における液晶表示装置で行われる画像処理について図 16 を用いて説明する。図 16は、図 12及び図 13に示す液晶表示装置に備えられた制 御装置の構成を示すブロック図である。

[0088] 図 16に示すように、本実施の形態 2における制御装置 108は、画像処理装置 100 力 画像補正部 104を備えており、この点で、本実施の形態 1における制御装置と異 なっている。本実施の形態 2においては、画像入力制御装置 105が出力した撮像デ ータについて、先ず、画像補正部 104によって台形歪みの補正が行われ、その後、 画像合成、オフセット成分及び表示成分の除去 (ノイズ除去)、画像認識が行われる

[0089] 具体的には、最初に、画像補正部 104は、図 15の上段に示した台形状の撮像画 像の上底 A、下底 B、高さ hを算出する。上底 A、下底 B、高さ hの算出は、撮像部 34 の位置、撮像領域の大きさ及び位置力も算出できる。また、上底 A、下底 B、高さ hの 算出は、予め表示領域 3に複数個の目印を配置しておき、撮像画像に含まれる目印 に基づ!/ヽて行うこともできる。

[0090] 次に、画像補正部 104は、撮像画像の上底 A及び下底 Bのうち短い方 (本実施の 形態 2では下底 B)が大きい方と同じになるように、走査線の位置に応じて倍率を変え ながら、撮像画像を拡大する。また、走査線方向に垂直な方向（高さ方向）について は、画像補正部 104は、高さ hが本来の高さ Hとなるように、撮像画像を拡大又は縮 小する。なお、高さ Hは、撮像領域の大きさから予め設定される。

[0091] このように、本実施の形態 2においては、撮像部 34においてシフト光学系を採用し ないことによる問題は、撮像後の画像処理によって解消することができる。また、本実 施の形態 2においても、表示領域 3上にある被写体 1の光学像は結像光学系によつ て受光面に結像される。よって、本実施の形態 2における液晶表示装置を用いた場 合も、実施の形態 1と同様に、従来比べて鮮明な光学像を得ることができ、高解像度 での画像の取り込みを達成できる。

[0092] また、本実施の形態 2においても、液晶表示パネルを用いるため、熱の発生の抑制 や、静音化及び小型化を図ることもできる。更に、本実施の形態 2においても、実施 の形態 1と同様に、被写体を撮像するために赤外領域の波長の光を使用し、可視光 によるノイズを除去できる。このため、例えば、 QRコード等の複雑な図形や、文字等 も鮮明に取り込むことができる。 [0093] なお、本実施の形態 2において、反射部材 14は、図 12及び図 13に示すように、反 射面 14aがバックライト装置 5の発光面に対して垂直となるように配置されて 、るが、 これに限定されるものではない。本実施の形態 2においても、反射部材 14は、実施 の形態 1において図 10に示した例と同様に、反射面 14aがバックライト装置 5の発光 面の法線に対して傾斜した状態で配置されていても良い。この場合も、図 10の例と 同様に、バックライト装置 5の発光面の法線を基準とする反射面 14aの傾斜角は（ Θ /2)に設定するのが好ましい。

[0094] また、本実施の形態 2においても、反射部材 14は、バックライト装置 5側の端部が発 光領域の外縁の内側 (発光面内）に位置し、液晶表示パネル 2側の端部が表示領域 3の外縁の外側に位置するように配置するのが好ましい。更に、観察者側から観察し たときの表示領域 3の外縁と反射部材 14の液晶表示パネル 2側の端部との距離（図 1参照）は、（1ZT) cm以上であるのが好ましい。

[0095] (実施の形態 3)

次に、本発明の実施の形態 3における液晶表示装置について、図 17及び図 18を 参照しながら説明する。図 17は、本発明の実施の形態 3における液晶表示装置の概 略構成を示す断面図である。図 18は、図 17に示す液晶表示装置の概略構成を示 す分解斜視図である。なお、図 17及び図 18に示された符号のうち、図 1〜図 3に示 された符号と同一の符号は、図 1〜図 3において当該符号が付された部材と同一の 部材を示している。

[0096] 図 17及び図 18に示すように、本実施の形態 3における液晶表示装置は、バックラ イト装置 40が、その内部に検出光源 7 (図 4及び図 5参照）を備えている点で、実施の 形態 1における液晶表示装置と異なっている。それ以外の点では、本実施の形態 3 における液晶表示装置は、実施の形態 1における液晶表示装置と同様に構成されて いる。以下、相違点について具体的に説明する。

[0097] 本実施の形態 3においては、検出光源 7は、バックライト装置 40の内部に、検出光 が液晶表示パネル 2に向けて出射されるように配置されている。具体的には、検出光 源 7は、蛍光ランプ 6が設置されていない領域に、出射面を上方に向けて配置されて いる。また、検出光は赤外領域の波長の光であるため、実施の形態 3においても、可 視光によるノイズは除去される。

[0098] このような構成により、本実施の形態 3によれば、実施の形態 1及び 2に比べて、表 示領域 3上の検出光の光量分布を均一なものとできる。この結果、被写体 1の位置に 影響されない撮像を行うことができる。また、本実施の形態 3によれば、検出光源 7と ノ ックライト装置 40とを一体ィ匕できるため、実施の形態 1及び 2に比べて、液晶表示 装置の構成の簡易化や、装置サイズのコンパクトィ匕を図ることができる。

[0099] 更に、本実施の形態 3においても、実施の形態 1と同様に、従来比べて鮮明な光学 像を得ることができ、高解像度での画像の取り込みを達成できる。例えば、 QRコード 等の複雑な図形や、文字等も鮮明に取り込むことができる。また、液晶表示パネルを 用いるため、熱の発生の抑制や、静音化及び小型化を図ることもできる。

[0100] なお、本実施の形態 3においても、反射部材 14は、図 17及び図 18に示すように、 反射面 14aがバックライト装置 40の発光面に対して垂直となるように配置されて 、る 力 これに限定されるものではない。本実施の形態 3においても、反射部材 14は、実 施の形態 1において図 10に示した例と同様に、反射面 14aがバックライト装置 40の 発光面の法線に対して傾斜した状態で配置されていても良い。この場合も、図 10の 例と同様に、バックライト装置 40の発光面の法線を基準とする反射面 14aの傾斜角 は（ Θ /2)に設定するのが好ましい。

[0101] また、本実施の形態 3においても、反射部材 14は、バックライト装置 40側の端部が 発光領域の外縁の内側 (発光面内）に位置し、液晶表示パネル 2側の端部が表示領 域 3の外縁の外側に位置するように配置するのが好ましい。更に、観察者側から観察 したときの表示領域 3の外縁と反射部材 14の液晶表示パネル 2側の端部との距離（ 図 1参照）は、（1ZT) cm以上であるのが好ましい。

[0102] (実施の形態 4)

次に、本発明の実施の形態 4における液晶表示装置について、図 19及び図 20を 参照しながら説明する。図 19は、本発明の実施の形態 4における液晶表示装置の概 略構成を示す断面図である。図 20は、図 19に示す液晶表示装置の概略構成を示 す分解斜視図である。なお、図 19及び図 20に示された符号のうち、図 1〜図 3に示 された符号と同一の符号は、図 1〜図 3において当該符号が付された部材と同一の 部材を示している。

[0103] 図 19及び図 20に示すように、本実施の形態 4における液晶表示装置は、バックラ イト装置 42が実施の形態 2で用いた撮像部 34を内部に備え、更に、光学層 13に開 口部 41が形成されて 、る点で、実施の形態 1における液晶表示装置と異なって!/、る 。これら以外の点では、本実施の形態 4における液晶表示装置は、実施の形態 1に おける液晶表示装置と同様に構成されている。以下、相違点について具体的に説明 する。

[0104] 本実施の形態 4においては、ノ ックライト装置 42は、図 14に示した撮像部 34を備 えている。撮像部 34は、隣り合う蛍光ランプ 6の間に配置されている。また、撮像部 3 4は、固体撮像素子 32 (図 14参照）の受光面の中心を通る法線とレンズ素子 35 (結 像光学系）の光軸とが、表示領域 3の法線と平行となるように配置されている。

[0105] また、バックライト装置 42の光学層 13における、検出光源 7から出射された検出光 力 Sレンズ素子 ₃5に入射するまでの光学的経路 (撮像部 34に受光される光の光学的 経路）と重なる領域には、開口部 41が形成されている。更に、本実施の形態 4におい ては、図 19及び図 20に示すように、開口部 41の内部に、可視光を反射し、検出光 のみを透過させるバンドパスミラー 16を配置するのが好ましい。バンドパスミラー 16を 配置していない場合は、開口部 41が観察者側力も観察されて、表示品位が低下す る可能性があるが、バンドパスミラー 16を配置することによって、このような事態を回 避できる。

[0106] バンドパスミラー 16の具体例としては、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ダイクロイツクミラーが挙げら れる。また、バンドパスミラー 16の配置は、図 19の例に限定されるものではない。例 えば、バンドパスミラー 16は、開口部 41の開口を覆うように配置しても良い。

[0107] このように、本実施の形態 4においては、被写体 1が撮像部 34の正面に位置するこ ととなるため、撮像画像が台形状に歪むのが回避され、撮像画像に対して補正を行う 必要がない。また、シフト光学系を採用する撮像部を配置する必要性もない。このた め、本実施の形態 4によれば、実施の形態 2と同様に、結像光学系を構成するレンズ 系の小径ィ匕や、結像光学系の簡略化、設計コストの低減を図ることができる。更には 、本実施の形態 4によれば、制御装置における撮像画像の画像処理も簡略ィヒするこ とができる。また、反射部材 14の外側に撮像部 34が存在しないため、反射部材 14と して、全反射ミラーを用いることもできる。

[0108] また、本実施の形態 4においては、撮像部 34の配置は、撮像部 34をバックライト装 置 42の筐体 8に載置するだけで行うことができるため、撮像部 34の設置数の増減を 容易に行うこともできる。更に、光学層 13に開口部 41が形成されているため、被写体 1によって反射された検出光は、光学層 13によって散乱したり、反射したり、更に減 衰したりすることなぐレンズ素子 35 (図 14参照）に入射することができる。更に、バッ クライト装置 42を用いれば、従来からの液晶表示装置に簡単に撮像機能を付与する ことができる。

[0109] また、本実施の形態 4においても、実施の形態 1と同様に、従来比べて鮮明な光学 像を得ることができ、高解像度での画像の取り込みを達成できる。例えば、 QRコード 等の複雑な図形や、文字等も鮮明に取り込むことができる。また、液晶表示パネルを 用いるため、熱の発生の抑制や、静音化及び小型化を図ることもできる。

[0110] なお、本実施の形態 4においても、反射部材 14は、図 19及び図 20に示すように、 反射面 14aがバックライト装置 42の発光面に対して垂直となるように配置されて 、る 力 これに限定されるものではない。本実施の形態 4においても、反射部材 14は、実 施の形態 1において図 10に示した例と同様に、反射面 14aがバックライト装置 42の 発光面の法線に対して傾斜した状態で配置されていても良い。この場合も、図 10の 例と同様に、バックライト装置 42の発光面の法線を基準とする反射面 14aの傾斜角 は（ Θ /2)に設定するのが好ましい。

[0111] また、本実施の形態 4においても、反射部材 14は、バックライト装置 42側の端部が 発光領域の外縁の内側 (発光面内）に位置し、液晶表示パネル 2側の端部が表示領 域 3の外縁の外側に位置するように配置するのが好ましい。更に、観察者側から観察 したときの表示領域 3の外縁と反射部材 14の液晶表示パネル 2側の端部との距離（ 図 1参照）は、（1ZT) cm以上であるのが好ましい。

[0112] (実施の形態 5)

次に、本発明の実施の形態 5における液晶表示装置について、図 21及び図 22を 参照しながら説明する。図 21は、本発明の実施の形態 5における液晶表示装置の概 略構成を示す断面図である。図 22は、図 21に示す液晶表示装置の概略構成を示 す分解斜視図である。なお、図 21及び図 22に示された符号のうち、図 1〜図 3に示 された符号と同一の符号は、図 1〜図 3において当該符号が付された部材と同一の 部材を示している。

[0113] 図 21及び図 22に示すように、本実施の形態 5における液晶表示装置は、検出光 源 7の位置が異なる点を除き、実施の形態 4における液晶表示装置と同様に構成さ れている。本実施の形態 5においては、実施の形態 2と同様に、検出光源 7は、液晶 表示パネル 2の裏側における、液晶表示パネル 2の厚み方向にぉ 、て表示領域 3と 重なる領域の周辺に配置されている。更に、検出光源 7は、検出光が表示領域 3に 向けて出射されるように、光軸が傾斜した状態で配置されて 、る。

[0114] なお、本実施の形態 5においても、実施の形態 4と同様に、ノ ックライト装置 42は、 図 14に示した撮像部 34を備え、撮像部 34は、隣り合う蛍光ランプ 6の間に配置され ている。また、光学層 13における、検出光源 7から出射された検出光がレンズ素子 3 5に入射するまでの光学的経路と重なる領域には、開口部 41が形成されている。ま た、本実施の形態 5においても、実施の形態 4と同様に、開口部 41の内部には、可 視光を反射し、検出光のみを透過させるバンドパスミラー 16を配置するのが好ましい

[0115] このように、本実施の形態 5によれば、実施の形態 4によって得られる効果を得るこ とができる。また、本実施の形態 5によれば、実施の形態 2と同様に、表示領域 3側に 検出光源 7が配置されないため、液晶表示装置の正面側のデザインの自由度を高め ることがでさる。

[0116] なお、本実施の形態 5においても、反射部材 14は、図 21及び図 22に示すように、 反射面 14aがバックライト装置 42の発光面に対して垂直となるように配置されて 、る 力 これに限定されるものではない。本実施の形態 5においても、反射部材 14は、実 施の形態 1において図 10に示した例と同様に、反射面 14aがバックライト装置 42の 発光面の法線に対して傾斜した状態で配置されていても良い。この場合も、図 10の 例と同様に、バックライト装置 42の発光面の法線を基準とする反射面 14aの傾斜角 は（ Θ /2)に設定するのが好ましい。

[0117] また、本実施の形態 5においても、反射部材 14は、バックライト装置 42側の端部が 発光領域の外縁の内側 (発光面内）に位置し、液晶表示パネル 2側の端部が表示領 域 3の外縁の外側に位置するように配置するのが好ましい。更に、観察者側から観察 したときの表示領域 3の外縁と反射部材 14の液晶表示パネル 2側の端部との距離（ 図 1参照）は、（1ZT) cm以上であるのが好ましい。

[0118] (実施の形態 6)

次に、本発明の実施の形態 6における液晶表示装置について、図 23及び図 24を 参照しながら説明する。図 23は、本発明の実施の形態 6における液晶表示装置の概 略構成を示す断面図である。図 24は、図 23に示す液晶表示装置の概略構成を示 す分解斜視図である。なお、図 23及び図 24に示された符号のうち、図 1〜図 3に示 された符号と同一の符号は、図 1〜図 3において当該符号が付された部材と同一の 部材を示している。

[0119] 図 23及び図 24に示すように、本実施の形態 6においては、ノ ックライト装置 43が、 その内部に、撮像部 34に加え、検出光源 7も備えており、この点で、本実施の形態 6 における液晶表示装置は、実施の形態 4及び 5における液晶表示装置と異なってい る。なお、それ以外の点では、本実施の形態 6における液晶表示装置は、実施の形 態 4及び 5における液晶表示装置と同様に構成されている。以下、相違点について 具体的に説明する。

[0120] 本実施の形態 6においても、ノ ックライト装置 43は、実施の形態 4及び 5と同様に、 撮像部 34を備えている。撮像部 34は、隣り合う蛍光ランプ 6の間に配置されている。 また、バックライト装置 43の光学層 13における、検出光がレンズ素子 35 (図 14参照） に入射するまでの光学的経路と重なる領域には、開口部 41が形成されている。また 、本実施の形態 6においても、実施の形態 4と同様に、開口部 41の内部には、可視 光を反射し、検出光のみを透過させるバンドパスミラー 16を配置するのが好ましい。

[0121] 但し、本実施の形態 6では、ノ ックライト装置 43において、蛍光ランプ 6及び撮像部 34が配置されて 、な 、領域には、検出光源 7 (図 4及び図 5参照）が配置されて 、る 。図 23に示すように、例えば、隣り合う蛍光ランプ 6間のうち撮像部 34が配置されて いない箇所には、図 17及び図 18に示した実施の形態 3と同様に、検出光源 7が配 置されている。また、図 24に示すように、隣り合う蛍光ランプ 6間のうち撮像部 34が配 置されている箇所には、撮像部 34を挟み込むように、全長が短く設定された検出光 源 7が配置されている。

[0122] このように、本実施の形態 6によれば、検出光源 7と撮像部 34との両方をバックライ ト装置 43の内部に収めることができるため、実施の形態 1〜5に比べて、液晶表示装 置のコンパクトィ匕を促進することができる。また、従来からの透過型液晶表示装置の ノ ックライトを、本実施の形態 6におけるバックライト装置 43に取り替えれば、簡単に 本実施の形態 6における液晶表示装置を得ることができる。

[0123] また、本実施の形態 6においても、実施の形態 3と同様に、表示領域 3上の検出光 の光量分布を均一なものとでき、被写体 1の位置に影響されない撮像を行うことがで きる。更に、本実施の形態 6においても、実施の形態 4と同様に、撮像画像が台形状 に歪むのが回避されるので、撮像画像に対して補正を行う必要性や、シフト光学系を 採用する撮像部を配置する必要性がない。また、実施の形態 1と同様に、従来比べ て鮮明な光学像を得ることができ、高解像度での画像の取り込みを達成できる。例え ば、 QRコード等の複雑な図形や、文字等も鮮明に取り込むことができる。また、液晶 表示パネルを用いるため、熱の発生の抑制や、静音化及び小型化を図ることもできる

[0124] なお、本実施の形態 6においても、反射部材 14は、図 23及び図 24に示すように、 反射面 14aがバックライト装置 43の発光面に対して垂直となるように配置されて 、る 力 これに限定されるものではない。本実施の形態 6においても、反射部材 14は、実 施の形態 1において図 10に示した例と同様に、反射面 14aがバックライト装置 43の 発光面の法線に対して傾斜した状態で配置されていても良い。この場合も、図 10の 例と同様に、バックライト装置 42の発光面の法線を基準とする反射面 14aの傾斜角 は（ Θ /2)に設定するのが好ましい。

[0125] また、本実施の形態 6においても、反射部材 14は、バックライト装置 43側の端部が 発光領域の外縁の内側 (発光面内）に位置し、液晶表示パネル 2側の端部が表示領 域 3の外縁の外側に位置するように配置するのが好ましい。更に、観察者側から観察 したときの表示領域 3の外縁と反射部材 14の液晶表示パネル 2側の端部との距離（ 図 1参照）は、（1ZT) cm以上であるのが好ましい。

[0126] (実施の形態 7)

次に、本発明の実施の形態 7における液晶表示装置について、図 25及び図 26を 参照しながら説明する。図 25は、本発明の実施の形態 7における液晶表示装置の概 略構成を示す断面図である。図 26は、図 25に示す液晶表示装置の概略構成を示 す分解斜視図である。なお、図 25及び図 26に示された符号のうち、図 1〜図 3に示 された符号と同一の符号は、図 1〜図 3において当該符号が付された部材と同一の 部材を示している。

[0127] 図 25及び図 26に示すように、本実施の形態 7においては、ノ ックライト装置 44は、 実施の形態 6において図 23及び図 24に示した蛍光ランプ 6と検出光源 7との代わり に、発光体 45を備えている。なお、これ以外の点においては、本実施の形態 7にお ける液晶表示装置は、実施の形態 6における液晶表示装置と同様に構成されている 。以下、相違点について具体的に説明する。

[0128] 図 25及び図 26に示すように、発光体 45は、バックライト装置 44の筐体 8の内部に 配置されている。発光体 45は、 4種類の発光ダイオード 46〜49を備えている。発光 ダイオード 46〜49は、榭脂のモールドによって一体化されている。また、発光ダイォ ード 46は緑色光を出射する緑色ダイオード、発光ダイオード 47は赤色光を出射する 赤色発光ダイオード、発光ダイオード 48は青色光を出射する青色発光ダイオードで ある。更に、発光ダイオード 49は、図 5及び図 6に示した発光ダイオード 21と同様に 赤外領域の光を出射する発光ダイオードである。

[0129] 更に、図 26に示すように、一つの発光ダイオード 49の周囲には、発光ダイオード 4 7及び 48それぞれ二つずつと、四つの発光ダイオード 46とが配置される。また、発光 ダイオード 46〜49は、発光体 45〖こおける、表示領域 3の直下の領域全体に渡って 設置されている。

[0130] このように構成された発光体 45において、発光ダイオード 46〜48を点灯させれば 、液晶表示パネル 2を照明することができる。また、発光ダイオード 49を点灯させれ ば、実施の形態 6と同様に、表示領域 3に向けて検出光が出射される。なお、本実施 の形態 7においては、発光ダイオード 46〜48の代わりに、白色光を出射する発光ダ ィ才ードを用 、ることもできる。

[0131] 更に、発光体 45には、複数の開口部 45aが設けられており、複数の撮像部 34それ ぞれは、各開口部 45a内に配置されている。また、光学層 13には、実施の形態 4〜6 と同様に、開口部 41が設けられている。よって、撮像部 34は、発光ダイオード 49から 出射され、被写体 1で反射された検出光を受光して、撮像を行うことができる。また、 本実施の形態 7においても、実施の形態 4と同様に、開口部 41の内部には、可視光 を反射し、検出光のみを透過させるバンドパスミラー 16を配置するのが好ましい。

[0132] このように、本実施の形態 7によれば、検出光源とバックライト装置 44の光源とを共 通の回路によって駆動できる。このため、ノ ックライト装置のコンパクト化、ひいては液 晶表示装置全体のコンパクトィ匕を図ることができる。また、バックライト装置 44は、実 施の形態 6と同様に、検出光源と撮像部 34とを備えている。よって、本実施の形態 7 によれば、実施の形態 6で述べた効果を全て得ることもできる。

[0133] なお、本実施の形態 7においても、反射部材 14は、図 25及び図 26に示すように、 反射面 14aがバックライト装置 44の発光面に対して垂直となるように配置されて 、る 力 これに限定されるものではない。本実施の形態 7においても、反射部材 14は、実 施の形態 1において図 10に示した例と同様に、反射面 14aがバックライト装置 44の 発光面の法線に対して傾斜した状態で配置されていても良い。この場合も、図 10の 例と同様に、バックライト装置 44の発光面の法線を基準とする反射面 14aの傾斜角 は（ Θ /2)に設定するのが好ましい。

[0134] また、本実施の形態 7においても、反射部材 14は、バックライト装置 44側の端部が 発光領域の外縁の内側 (発光面内）に位置し、液晶表示パネル 2側の端部が表示領 域 3の外縁の外側に位置するように配置するのが好ましい。更に、観察者側から観察 したときの表示領域 3の外縁と反射部材 14の液晶表示パネル 2側の端部との距離（ 図 1参照）は、（1ZT) cm以上であるのが好ましい。

[0135] 本発明における液晶表示装置及びバックライト装置は、上記実施の形態 1〜実施 の形態 7に限定されるものではない。例えば、本発明における液晶表示装置は、バッ クライト装置を備えな 、反射型の液晶表示装置であっても良 、。 [0136] また、本発明における液晶表示装置は、検出光源が可視領域の波長の光を出射 する態様であっても良いし、検出光源を備えていない態様であっても良い。例えば、 検出光源に可視領域の波長の光を出射する光源を使用する場合は、可視光を透過 させる表示モードのウィンドウを表示画像中に意図的に作成し、このウィンドウ中に被 写体を配置するようにすればょ 、。

[0137] 更に、検出光源を備えていない態様においても、実施の形態 1に示したように、撮 像部は、赤外領域の波長の光、例えば 700nm以上、好ましくは 800nm以上、特に 好ましくは 850nm以上の波長の光のみを受光するように構成するのが好まし 、。こ の場合、外光に含まれる赤外領域の波長の光のみが撮像部の受光面に入射するた め、可視光によるノイズが除去され、高解像度での取り込みが可能となる。

[0138] また、検出光源は、外部装置（図 11及び図 13参照）に備えることもできる。例えば、 外部装置がゲーム機器である場合は、検出光源は、ゲーム機器のコントローラに内 蔵することができる。外部装置がコンピュータである場合は、検出光源は、マウス等の 入力装置に内蔵することができる。更に、これらの場合においては、撮像部が液晶表 示パネルに入射した検出光そのものを撮像し、これによつて検出光の入射位置が検 出される態様としても良い。

[0139] また、一般的な液晶表示装置では、液晶表示パネルの観察者側の面 (表示面）に のみ、防反射処理が施されている力 本発明における液晶表示装置においては、更 に、液晶表示パネルの観察者側の反対側の面 (裏面）にも防反射処理が施されてい るのが好ましい。この場合、液晶表示パネルの裏面での表面反射成分が撮像部に入 射するのを抑制でき、撮像画像のコントラストの向上を図ることができる。

産業上の利用可能性

[0140] 以上のように、本発明の液晶表示装置は、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。また、本発明のバックライト装置は、液晶表示装置の照明光源として有 用であり、産業上の利用可能性を有している。

Claims

請求の範囲

[1] 液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルをその裏面側から照明するバックライト装 置と、結像光学系を有する撮像部と、少なくとも可視光を反射する反射部材とを備え 前記撮像部は、観察者側から前記液晶表示パネルに入射し、且つ、前記液晶表示 パネル及び前記結像光学系を通過する光を受光して、前記液晶表示パネルの観察 者側における状態を撮像し、

前記バックライト装置は、前記バックライト装置と前記液晶表示パネルとの間に空間 が存在するように配置され、

前記反射部材は、前記液晶表示パネルと前記バックライト装置との間において、反 射面を前記空間に向けた状態で、前記空間を囲むように配置されていることを特徴と する液晶表示装置。

[2] 前記液晶表示パネルの観察者側に向けて検出光を照射する検出光源を備え、 前記検出光源が、前記検出光として 700nm以上の波長の光を照射し、 前記撮像部が、観察者側から前記液晶表示パネルに入射し、且つ、前記液晶表示 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、前記液晶表示パネ ルの観察者側における状態を撮像する請求項 1に記載の液晶表示装置。

[3] 前記反射部材が、ハーフミラーである請求項 1に記載の液晶表示装置。

[4] 前記反射部材が、 700nm以上の波長の光を透過させるバンドパスミラーである請 求項 2に記載の液晶表示装置。

[5] 前記撮像部が、前記液晶表示パネルの裏面側において、前記反射部材を介して 前記液晶表示パネルの観察者側における状態を撮像する請求項 1に記載の液晶表 示装置。

[6] 前記バックライト装置が、光源と、前記光源の前記液晶表示パネル側に配置された 光学層とを有し、

前記撮像部が、前記バックライト装置の内部に配置され、

前記光学層における前記撮像部に受光される光の光学的経路と重なる領域に、開 口部が形成され、 前記開口部の内部に、または前記開口部の開口が覆われるように、 700nm以上の 波長の光を透過させるバンドパスミラーが配置されて 、る請求項 1に記載の液晶表示 装置。

[7] 前記反射部材が、前記反射面が前記バックライト装置の発光面に対して垂直となる ように配置されて 、る請求項 1に記載の液晶表示装置。

[8] 前記反射部材が、前記反射面が前記バックライト装置の発光面の法線に対して傾 斜するように配置され、

前記バックライト装置の輝度が最大となる方向を基準とする前記反射面の傾斜角は 、前記反射部材の反射率カ¾%であるときに、前記バックライト装置から出射される光 の配向分布を示すグラフにおいて輝度が最大輝度の X%となる方向と前記輝度が最 大となる方向とがなす角 Θの 2分の 1に設定されている請求項 1に記載の液晶表示装 置。

[9] 前記バックライト装置が、その発光領域の面積が前記液晶表示パネルの表示領域 の面積よりも大きくなるように構成されて 、る請求項 1に記載の液晶表示装置。

[10] 前記反射部材が、その前記バックライト装置側の端部が前記バックライト装置の発 光領域の外縁の内側に位置するように配置されて 、る請求項 1に記載の液晶表示装 置。

[11] 前記反射部材が、その前記液晶表示パネル側の端部が前記液晶表示パネルの表 示領域の外縁の外側に位置するように配置されて ヽる請求項 1に記載の液晶表示装 置。