(57)【要約】【課題】発熱量が少なく、静音化及び小型化が可能であって、且つ高解像度の画像の取り込みを可能とし得る表示装置を提供する。【解決手段】光透過性を有する表示パネル２と、結像光学系を有する撮像部４と、表示パネル２の観察者側へ検出光を出射する光源１５を有する検出光源部７とを備えた表示装置を用いる。検出光源部７は、表示パネル２の表示領域３の周辺の領域に配置する。また、検出光源部７には、検出光の表示パネル２の厚み方向における発散度を制限する遮光部材１６及び１７を備えさせる。撮像部４によって、観察者側から表示パネル２に入射し、且つ、表示パネル２及び結像光学系を通過する検出光を受光して、表示パネル２の観察者側における状態を撮像する。【選択図】図１
2007156647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性を有する表示パネルと、結像光学系を有する撮像部と、前記表示パネルの観察者側へ検出光を出射する光源を有する検出光源部とを備え、
前記検出光源部は、前記表示パネルの観察者側における表示領域の周辺に配置され、且つ、前記検出光の前記表示パネルの厚み方向における発散度を制限する制限部材を備え、
前記撮像部は、観察者側から前記表示パネルに入射し、且つ、前記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、前記表示パネルの観察者側における状態を撮像することを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記表示パネルの観察者側に、前記表示パネルの表示領域を覆う透明板を備え、
前記透明板は、前記表示領域との間に空間が形成されるように配置され、
前記検出光源部は、前記検出光が前記空間から前記透明板の観察者側へと出射されるように、前記空間内に配置されている請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記制限部材が、前記光源の前記表示領域側及びその反対側の少なくとも一方に配置された遮光部材である請求項１または２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記制限部材となる前記遮光部材が、前記光源の前記表示領域側及びその反対側に配置され、
前記光源は、出射された前記検出光の最も輝度の高い方向が、前記表示領域に対して平行な方向となるように配置されている請求項３に記載の表示装置。
【請求項５】
前記制限部材となる前記遮光部材が、前記光源の前記表示領域側に配置され、
前記光源は、出射された前記検出光の最も輝度の高い方向が、前記表示領域の裏側において前記表示領域から次第に遠ざかる方向となるように配置されている請求項３に記載の表示装置。
【請求項６】
前記制限部材となる前記遮光部材が、前記光源の前記表示領域側の反対側に配置され、
前記光源は、出射された前記検出光の最も輝度の高い方向が、前記観察者側において前記表示領域から次第に遠ざかる方向となるように配置されている請求項３に記載の表示装置。
【請求項７】
前記制限部材がレンズ素子であり、
前記レンズ素子は、その光軸が、出射された前記検出光の最も輝度の高い方向と一致するように配置されている請求項１または２に記載の表示装置。
【請求項８】
前記光源に最も近い前記表示領域の周縁上の点からそれに対向する別の前記周縁上の点までの距離をａとし、
前記検出光が前記表示領域の周縁の観察者側において到達できる、前記透明板の観察者側の主面からの高さの上限値をｂとし、
前記光源の発光面の中心を含み、且つ、前記表示領域に平行な面と、前記透明板の観察者側の主面との距離をｃとし、
前記光源の発光面の中心を通り、且つ、前記表示領域に垂直な線と、前記光源に最も近い前記表示領域の周縁上の点を通り、且つ、前記表示領域に垂直な線との距離をｄとし、
前記検出光が前記表示領域の周縁の観察者側において到達している、前記透明板の観察者側の主面からの高さの最大値をｚとしたときに、
前記制限部材によって発散度が制限された前記検出光の前記表示パネルの厚み方向における出射角γが、下記式（１）及び下記式（２）を満足するように設定されている請求項２に記載の表示装置。
（数１）
（ａ／２）ｔａｎ（γ／２）＜ｚ＜ｂ        ・・・・・・（１）
（数２）
ｚ＝（ａ＋ｄ）ｔａｎ（γ／２）−ｃ    ・・・・・・（２）
【請求項９】
前記光源が、７００ｎｍ以上の波長の光を出射する発光ダイオードであり、
前記撮像部が、７００ｎｍ以上の波長の光のみを受光する請求項１〜８のいずれかに記載の表示装置。
【請求項１０】
前記光源が、８００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の波長の光を照射し、
前記撮像部が、８００ｎｍ以上の波長の光のみを受光する請求項９に記載の表示装置。
【請求項１１】
前記表示パネルが、液晶表示パネルまたはＥＬ表示パネルである請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置、特には画像入力機能を供えた表示装置に関する。
【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、タッ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。）。特許文献１に開示の表示装置は、プロジェクタが照射し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ッチ位置の検出を行なっている。
【０００３】
また、タッ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に開示された液晶表示装置は、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】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、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に開示の液晶表示装置は、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に開示の液晶表示装置において、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の液晶表示装置には、高解像度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、発熱量が少なく、静音化及び小型化が可能であって、且つ高解像度の画像の取り込みを可能とし得る表示装置を提供することにある。
【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表示装置は、光透過性を有する表示パネルと、結像光学系を有する撮像部と、前記表示パネルの観察者側へ検出光を出射する光源を有する検出光源部とを備え、前記検出光源部は、前記表示パネルの観察者側における表示領域の周辺に配置され、且つ、前記検出光の前記表示パネルの厚み方向における発散度を制限する制限部材を備え、前記撮像部は、観察者側から前記表示パネルに入射し、且つ、前記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、前記表示パネルの観察者側における状態を撮像す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表示装置によれば、表示パネル等の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、高解像度の画像の取り込みを達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明における表示装置は、光透過性を有する表示パネルと、結像光学系を有する撮像部と、前記表示パネルの観察者側へ検出光を出射する光源を有する検出光源部とを備え、前記検出光源部は、前記表示パネルの観察者側における表示領域の周辺に配置され、且つ、前記検出光の前記表示パネルの厚み方向における発散度を制限する制限部材を備え、前記撮像部は、観察者側から前記表示パネルに入射し、且つ、前記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、前記表示パネルの観察者側における状態を撮像することを特徴とする。
【００１０】
上記特徴により、本発明における表示装置によれば、発熱量の減少化、静音化及び小型化を図ることができ、更に、高解像度の画像の取り込みが可能となる。また、本発明における表示装置では、検出光源部から出射された検出光の発散が制限される。このため、表示パネルの表示領域から離れた位置にある物体までもが撮像されてしまうのを抑制でき、表示領域近傍の被写体のみを撮像できる。また、センシング精度の向上を図ることができ、更に、検出光が撮像部に直接入射することによる撮像品位の低下を抑制できる。
【００１１】
上記本発明における表示装置は、前記表示パネルの観察者側に、前記表示パネルの表示領域を覆う透明板を備え、前記透明板は、前記表示領域との間に空間が形成されるように配置され、前記検出光源部は、前記検出光が前記空間から前記透明板の観察者側へと出射されるように、前記空間内に配置されている態様（第１の態様）とするのが好ましい。上記第１の態様によれば、撮像対象となる物体の表示領域側の部分に効率良く検出光を照射できるため、検出光の利用効率を向上でき、この結果、撮像部における感度の向上を図ることができる。
【００１２】
また、上記第１の態様においては、前記光源に最も近い前記表示領域の周縁上の点からそれに対向する別の前記周縁上の点までの距離をａとし、前記検出光が前記表示領域の周縁の観察者側において到達できる、前記透明板の観察者側の主面からの高さの上限値をｂとし、前記光源の発光面の中心を含み、且つ、前記表示領域に平行な面と、前記透明板の観察者側の主面との距離をｃとし、前記光源の発光面の中心を通り、且つ、前記表示領域に垂直な線と、前記光源に最も近い前記表示領域の周縁上の点を通り、且つ、前記表示領域に垂直な線との距離をｄとし、前記検出光が前記表示領域の周縁の観察者側において到達している、前記透明板の観察者側の主面からの高さの最大値をｚとしたときに、前記制限部材によって発散度が制限された前記検出光の前記表示パネルの厚み方向における出射角γが、下記式（１）及び下記式（２）を満足するように設定されているのが良い。この場合は、上述した種々の効果の確実性を高めることができる。
【００１３】
（数３）
（ａ／２）ｔａｎ（γ／２）＜ｚ＜ｂ        ・・・・・・（１）
【００１４】
（数４）
ｚ＝（ａ＋ｄ）ｔａｎ（γ／２）−ｃ    ・・・・・・（２）
【００１５】
また、上記本発明における表示装置は、前記制限部材が、前記光源の前記表示領域側及びその反対側の少なくとも一方に配置された遮光部材である態様（第２の態様）とするのも好ましい。上記第２の態様によれば、簡単な構成で、検出光の発散を制限することができる。
【００１６】
上記第２の態様では、前記制限部材となる前記遮光部材が、前記光源の前記表示領域側及びその反対側に配置され、前記光源は、出射された前記検出光の最も輝度の高い方向が、前記表示領域に対して平行な方向となるように配置されていても良い。また、上記第２の態様では、前記制限部材となる前記遮光部材が、前記光源の前記表示領域側に配置され、前記光源は、出射された前記検出光の最も輝度の高い方向が、前記表示領域の裏側において前記表示領域から次第に遠ざかる方向となるように配置されていても良い。更に、上記第２の態様では、前記制限部材となる前記遮光部材が、前記光源の前記表示領域側の反対側に配置され、前記光源は、出射された前記検出光の最も輝度の高い方向が、前記観察者側において前記表示領域から次第に遠ざかる方向となるように配置されていても良い。
【００１７】
また、上記本発明における表示装置においては、前記制限部材がレンズ素子であり、前記レンズ素子は、その光軸が、出射された前記検出光の最も輝度の高い方向と一致するように配置されている態様（第３の態様）とするのも好ましい。上記第３の態様によれば、検出光の利用効率を一層高めることができる。
【００１８】
また、上記本発明における表示装置においては、前記光源が、７００ｎｍ以上の波長の光を出射する発光ダイオードであり、前記撮像部が、７００ｎｍ以上の波長の光のみを受光するとするのが好ましく、特には、前記光源が、８００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の波長の光を照射し、前記撮像部が、８００ｎｍ以上の波長の光のみを受光するとするのが好ましい。このようにした場合は、可視光によるノイズを除去でき、更なる撮像画像の高解像度化を図ることができる。
【００１９】
また、上記本発明における表示装置において、前記表示パネルは、液晶表示パネルであっても良いし、ＥＬ表示パネルであっても良い。
【００２０】
（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態における表示装置について、図１〜図４を参照しながら説明する。最初に、本実施の形態における表示装置の全体構成について図１及び図２を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態における表示装置の全体の概略構成を示す断面図である。図２は、図１に示す表示装置の主要部分の位置関係を示す分解斜視図である。
【００２１】
図１及び図２に示すように、本実施の形態における表示装置は、光透過性を有する表示パネル２と、結像光学系を有する撮像部４と、検出光源部７とを備えている。検出光源部７は、表示パネル２の観察者側へ検出光を出射する光源１５を備えている。また、検出光源部７は、表示パネル２の観察者側において、表示領域３の周辺に配置されている。
【００２２】
本実施の形態では、光源１５は発光ダイオードである。また、光源１５が出射する検出光の波長は、可視領域以外の領域に設定されているのが好ましい。検出光の波長については後述する。また、各検出光源部７は、それと対向する位置にある検出光源部７へ向けて検出光を出射する。
【００２３】
また、本実施の形態では、検出光源部７は、４つ配置されている。各検出光源部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（図２参照）。但し、検出光源部７の数は特に限定されるものではない。例えば、検出光源部７の数が二つであって、対向する２辺にのみ検出光源部７が配置された態様であっても良い。
【００２４】
また、図１及び図２に示すように、撮像部４は、観察者側から表示パネル２に入射し、且つ、表示パネル２及び結像光学系（後述の図４参照）を通過する検出光を受光して、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、検出光源部７から出射され、その後、被写体１で反射されて表示パネル２に入射した検出光を、結像光学系（図３参照）を介して受光することによって、被写体１を撮像する。
【００２５】
このような構成により、本実施の形態における表示装置によれば、発熱量の減少化、静音化及び小型化を達成でき、しかも、撮像部４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、高解像度の画像の取り込みを達成できる。
【００２６】
また、本実施の形態では、表示パネル２の観察者側に透明板１４が配置されており、表示パネルの表示領域３は透明板１４によって覆われている。撮像部４は、主に、透明板１４の観察者側の主面に接触にしている物体や、透明板１４の観察者側の主面の近傍に位置している物体を、被写体１として撮像する。
【００２７】
また、透明板１４は、それと表示領域３との間に空間２２が形成されるように設置される。更に、検出光源部７は、検出光が空間１５から透明板１４の観察者側へと出射されるように、空間１５内に配置されている。このため、透明板１４の観察者側の主面に接触にしている物体や、透明板１４の観察者側の主面の近傍に位置している物体、即ち、撮像対象となる物体の表示領域側の部分に効率良く検出光が照射される。本実施の形態では、透明板１４の観察者側の主面がセンシング面となる。
【００２８】
なお、透明板１４は、例えば、アクリル板やガラス板といった透明の材料によって形成された板材であれば良い。透明板１４の透過率は１００％である必要はなく、１００％に満たなくても良い。
【００２９】
また、本実施の形態では、表示パネル２は液晶表示パネルであり、表示装置は液晶表示装置である。また、表示パネル２が液晶表示パネルであるため、表示パネルの裏面には、バックライト装置５が配置されている。
【００３０】
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とによっ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。
【００３１】
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において重なる領域が、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。
【００３２】
なお、表示パネル２は、光透過性を備えたものであれば良い。表示パネル２としては、その他、ＥＬ表示パネルが挙げられる。表示パネル２がＥＬ表示パネルである場合は、ＥＬ表示パネルが自発光であるため、バックライト装置を配置する必要はない。更に、この場合は、表示パネル２は、例えば、透明基板上に、透明電極（アノード）となるＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜、正孔輸送層、電子輸送層、背面電極（カソード）等を順に積層して構成される。
【００３３】
バックライト装置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に、互いに平行な状態で配置されている（図２参照）。また、筐体８の内面には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／偏光シート１２を順に積層して形成されている。
【００３４】
また、本実施の形態では、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、表示パネル２とバックライト装置５とは、従来の液晶表示装置に比べて距離を置いて配置される。具体的には、表示パネル２とバックライト装置５とは、フレーム２１によって、一定の距離Ｌを置いて保持されており、これらの間には空洞が存在している。また、撮像部４もフレーム２１に保持されている。
【００３５】
例えば、表示パネル２の大きさが３０インチ程度であるならば、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。表示パネル２とバックライト装置５との間には、表示装置の強度を高めるため、透明の樹脂材料を充填する等しても良い。
【００３６】
更に、表示パネル２とバックライト装置５との距離が大きいため、図１及び図２に示すように、バックライト装置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、表示パネル２とバックライト装置５との距離が大きいと、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。
【００３７】
また、図１及び図２に示すように、撮像部４は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は、それぞれが異なる領域を撮像す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、表示パネル２とバックライト装置５との間の距離を短くでき、表示装置の薄型化を図ることができる。
【００３８】
ここで、撮像部４の構成について図３を用いて具体的に説明する。図３は、図１及び図２に示した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３に示すように、本実施の形態においては、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３１とを備えている。固体撮像素子３２は、ＣＣＤ固体撮像素子や、ＭＯＳ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。
【００３９】
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３２ａ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２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。
【００４０】
このように、本実施の形態では、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く、画質の優れた画像を得ることができる。
【００４１】
なお、撮像部４の構成は、図３に示す例に限定されるものではなく、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とが一致するものであっても良い。但し、法線３２ａと光軸３０ａとを一致させた場合は、これらを表示領域に向けて傾斜させた状態で、撮像部４を配置する必要がある。
【００４２】
また、本発明でいう「結像光学系」とは、表示パネルの表面近傍（本実施の形態では、透明板１４の観察者側の主面近傍）と撮像部の受光面とに焦点を有し、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。図３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が、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い場合に比べて、大口径のレンズ系によって構成する必要がある。
【００４３】
次に、検出光源部７の構成について、図４及び図５を用いて具体的に説明する。図４は、図１に示した断面図の一部を拡大して示す部分断面図である。図５は、図１及び図２に示した検出光源部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。
【００４４】
本実施の形態においては、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、検出光源部７は、並列に配置された複数個の光源１５を備えている。各光源１５それぞれの出射方向は一致している。また、光源１５としては、発光ダイオードが用いられている。更に、検出光源部７は、各光源１５から出射された検出光の最も輝度の高い方向が、表示領域３に対して平行な方向となるように配置されている。なお、１８は、検出光源部７のフレームであり、１９は、各光源１５をフレーム１５に固定する樹脂製の固定部材である。また、２０は、透明の樹脂材料によって形成された導光路である。
【００４５】
また、図４及び図５（ｂ）に示すように、検出光源部７は、検出光の表示パネル２の厚み方向における発散度を制限する制限部材を備えている。本実施の形態では、板状の遮光部材１６及び１７が制限部材として用いられている。遮光部材１７は、各光源１５の表示領域３側に配置されており、遮光部材１６は、各光源１５の表示領域側の反対側、つまり透明板１４側に配置されている。また、遮光部材１６及び１７の例としては、検出光を透過させない部材、例えば、検出光を反射させる反射部材や、検出光を吸収する吸収部材が挙げられる。このうち、光源１５の発散度を制限するという観点からは、吸収部材が好ましい。
【００４６】
よって、遮光部材１６及び１７により、光源１５から出射された検出光の表示パネル２の厚み方向における出射角は、図１及び図４に示すように、角αから角γ（α＞γ）へと狭められることとなる。また、この結果、検出光が表示領域３の周縁上において到達する高さ（透明板１４の観察者側の主面からの高さ）は、制限されることとなる。ここで、制限部材による効果について以下に説明する。
【００４７】
表示パネル２の観察者側に存在する被写体１を読み取るため、図１に示すように、撮像部４は表示パネル２の裏面側に配置するのが好ましい。一方、表示パネル２の裏面での反射による撮像への悪影響を防ぐため、図１に示すように、検出光源部７は、表示パネル２の観察者側に配置するのが好ましい。また、表示領域３全体に検出光を照射するため、光源１５から出射された検出光は、表示パネル２の面方向において発散するのが好ましい。
【００４８】
しかしながら、一般に、光は、進行方向に対して垂直な全ての方向に発散する。このため、光源１５から出射された検出光は、表示パネル２の面方向のみならず、厚み方向においても発散する。このため、図１に示したように、検出光は、表示領域３から離れたところにも到達する。また、検出光が届く範囲内に存在する被写体は、全て、検出光を反射するため、表示領域３からの高さに関係なく撮像部４によって撮像されてしまう。
【００４９】
この場合、撮像部４においては、被写体の表示領域３からの高さ（表示パネルの厚み方向における距離）に関する情報は得られないため、撮像された画像に基づいて、被写体がセンシング面に密着しているかどうかを判別することは困難である。よって、表示装置の撮像機能をタッチパネルとして利用することは難しいとも考えられる。また、このことは、実施の形態のように、検出光の利用効率を図るために、表示領域３の観察者側に透明板１４を配置して、透明板１４の観察者側の主面をセンシング面とした場合は、特に顕著となる。
【００５０】
また、図１に示すように、表示領域３の中央部分と周縁部分とでは、検出光が届く範囲は異なる。このため、場所によって、必要ない被写体が撮像されたり、逆に、必要な被写体が撮像されなかったりといった、センシング精度が低いという問題が生じてしまう可能性がある。更に、各光源１５から出射された検出光は、表示パネル２の裏面側へも発散するため、撮像部４に検出光が直接入射する可能性もある。この場合、撮像品位が低下してしまう。
【００５１】
これに対して、本実施の形態においては、図１、図４及び図５（ｂ）に示すように、遮蔽部材１６及び１７によって、各光源１５から出射された検出光の表示パネル２の厚み方向における発散度が制限される。このため、表示パネル２の厚み方向において検出光が届く範囲を小さくでき、表示パネル２の表示領域３から離れた位置にある物体までもが撮像されてしまうのを抑制できる。よって、本実施の形態によれば、表示装置の撮像機能をタッチパネルとして利用することも可能となる。また、本実施の形態によれば、検出光が届く範囲のばらつきは小さくなるため、センシング精度の向上を図ることもできる。更に、撮像部４に検出光が直接入射するのを抑制できるため、撮像品位の低下も抑制できる。
【００５２】
また、上述の効果を確実なものとするため、本実施の形態において、発散度が制限された検出光の表示パネル２の厚み方向における出射角γは、下記式（１）及び下記式（２）を満足するように設定されているのが好ましい。遮蔽部材１６及び１７は、出射角γが下記式（１）及び下記式（２）を満足するように形成するのが好ましい。
【００５３】
（数５）
（ａ／２）ｔａｎ（γ／２）＜ｚ＜ｂ    ・・・・・・（１）
【００５４】
（数６）
ｚ＝（ａ＋ｄ）ｔａｎ（γ／２）−ｃ    ・・・・・・（２）
【００５５】
上記式（１）及び（２）において、図１に示すように、ａは、一の光源１５に最も近い表示領域３の周縁上の点からそれに対向する別の周縁上の点までの距離である。本実施の形態では、表示領域３の形状が矩形であることから、ａは表示領域３の一辺の長さに相当する。
【００５６】
また、図１に示すように、ｂは、検出光が表示領域３の周縁の観察者側において到達できる高さ（透明板１４の観察者側の主面が基準）の上限値である。ｂの値は、表示パネルの大きさに応じて予め設定される。例えば、表示パネル２の大きさが３０インチ程度である場合は、ｂは５ｍｍ〜２０ｍｍ程度に設定される。
【００５７】
図１及び図４に示すように、ｃは、光源１５の発光面の中心を含み、且つ、表示領域３に平行な面と、透明板１４の観察者側の主面との距離である。また、本実施の形態では、光源１５は、先端に球形の部分を有しており、先端の頂点が発光面の中心となる。
【００５８】
図１及び図４に示すように、ｄは、一の光源１５の発光面の中心を通り、且つ、表示領域３に垂直な線と、該一の光源１５に最も近い表示領域の周縁上の点を通り、且つ、表示領域３に垂直な線との距離である。つまり、ｄは、観察者側から表示パネル２をみたときの、光源１５の発光面の中心と表示領域３との距離に相当する。
【００５９】
図１に示すように、ｚは、遮蔽部材１６及び１７によって発散が制限された検出光が、表示領域３の周縁の観察者側において到達している高さ（透明板１４の観察者側の主面が基準）の最大値である。
【００６０】
例えば、表示パネル２の大きさが３０インチ、表示領域３のアスペクト比が１６：９、表示領域３の長辺の長さが６６４ｍｍ、表示領域３の短辺の長さが３７４ｍｍの場合は、出射角γの値は、以下の通りとなる。なお、ｂが１０ｍｍ、ｃが５ｍｍ、ｄが２０ｍｍに設定されているとする。
【００６１】
先ず、表示領域３の短辺に沿って配置された検出光源部７について考える。このとき、ａは６６４ｍｍとなるから、上記式（１）及び（２）は下記式（３）及び（４）のように書き換えることができる。
【００６２】
（数７）
３３２ｔａｎ（γ／２）＜ｚ＜１０    ・・・・・（３）
【００６３】
（数８）
ｚ＝６８４ｔａｎ（γ／２）−５      ・・・・・（４）
【００６４】
そして、ｂより小さい範囲でｚの採りうる範囲を決定し、上記（３）及び（４）から、ｚが決定された範囲で変動したときのγの変動する範囲を算出する。この場合、例えば、γ＝０．８°〜１．３°と算出される。よって、表示領域３の短辺に沿って配置された検出光源部７においては、遮蔽部材１６及び１７は、γ＝０．８°〜１．３°となるように形成すれば良い。
【００６５】
次に、表示領域３の長辺に沿って配置された検出光源部７について考える。このとき、ａは３７４ｍｍとなるから、上記式（１）及び（２）は下記式（５）及び（６）のように書き換えることができる。
【００６６】
（数９）
１８７ｔａｎ（γ／２）＜ｚ＜１０    ・・・・・（５）
【００６７】
（数１０）
ｚ＝３９４ｔａｎ（γ／２）−５      ・・・・・（６）
【００６８】
そして、上述した短辺の場合と同様に、ｂより小さい範囲でｚの採りうる範囲を決定し、上記（５）及び（６）から、ｚが決定された範囲で変動したときのγの変動する範囲を算出する。この場合は、例えば、γ＝１．４°〜２．２°と算出される。よって、表示領域３の長辺に沿って配置された検出光源部７においては、遮蔽部材１６及び１７は、γ＝１．４°〜２．２となるように形成すれば良い。
【００６９】
また、本実施の形態において、検出光源部７の構成は、図１、図４及び図５に示した例に限定されるものではない。検出光源部７の他の例について図６〜図８を用いて説明する。図６〜図８は、本実施の形態における表示装置に用いることができる検出光源部の他の例を示す断面図である。なお、図６〜図８は、図４と同様に、表示装置の一部分を拡大して示している。
【００７０】
図６の例では、光源１５の表示領域３側のみに、制限部材となる遮光部材１７が配置されている。また、光源１５は、それから出射された検出光の最も輝度の高い方向（図中矢印で示す方向）が、表示領域３の裏側において表示領域３から次第に遠ざかる方向となるように配置されている。
【００７１】
このように、図６の例は、光源１５の出射方向を表示パネル２の裏面側に傾斜させることによって、検出光が表示領域３の周縁の観察者側において到達できる高さを制限している。一方、検出光の撮像部４への入射は、遮光部材１７によって制限される。このため、図６の例を用いた場合も、図４及び図５に示した例と同様に、光源１５から出射された検出光の表示パネル２の厚み方向における出射角は、角αから角γ（α＞γ）へと狭められる。
【００７２】
また、図７の例では、光源１５の透明板１４側のみに、制限部材１６が配置されている。更に、光源１５は、それから出射された検出光の最も輝度の高い方向が、表示領域３の観察者側において表示領域３から次第に遠ざかる方向となるように配置されている。
【００７３】
このように、図７の例では、図６の例と異なり、遮光部材１６によって、検出光が表示領域３の周縁の観察者側において到達できる高さが制限されている。また、図６の例と異なり、検出光の撮像部４への入射は、光源１５の出射方向を表示パネル２の観察者側に傾斜させることによって制限されている。図７の例を用いた場合も、図６に示した例と同様に、光源１５から出射された検出光の表示パネル２の厚み方向における出射角は、角αから角γ（α＞γ）へと狭められる。
【００７４】
図８の例では、図１、図４、図５、図６及び図７に示した例と異なり、制限部材として、レンズ素子２３が用いられている。レンズ素子２３は、その光軸が検出光の最も輝度が高い方向と一致するように配置されている。図８の例によれば、光源１５から出射された検出光はレンズ素子２３によって収束されるので、光源１５から出射された検出光の表示パネル２の厚み方向における出射角は、角αから角γ（α＞γ）へと狭められる。
【００７５】
但し、図８の例では、検出光の面方向への広がりも制限される。よって、図８の例を採用する場合においては、図５〜図７の例を採用する場合よりも、光源１５間のピッチを小さくし、より多くの光源１５を搭載するのが好ましい。
【００７６】
以上のように、図６〜図８に示した検出光源部７を用いた場合も、図１、図４及び図５に示した検出光源部７を用いた場合と同様に、検出光の出射角を小さくすることができる。よって、これらの場合においても、表示パネル２の表示領域３から離れた位置にある物体までもが撮像されてしまうのを抑制でき、表示装置のタッチパネルとしての利用を可能なものとできる。また、検出光が届く範囲のばらつきの抑制により、センシング精度の向上を図ることもできる。更に、撮像部４に検出光が直接入射するのを抑制できるため、撮像品位の低下も抑制できる。
【００７７】
また、光源１５から出射される検出光の波長は、特には限定されるものではないが、本実施の形態においては、上述したように、可視領域以外の領域に設定されているのが好ましい。具体的には、検出光の波長は、７００ｎｍ以上、好ましくは８００ｎｍ以上、特に好ましくは８５０ｎｍ以上に設定するのが良い。このような範囲に設定すると、表示パネル２が液晶表示パネルである場合に、液晶表示パネルを構成するカラーフィルタや偏光板に対する検出光の透過率を高めることができるからである。また、一般に、波長が１０００ｎｍ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、１０００ｎｍ以下とするのが好ましい。
【００７８】
また、検出光の波長が赤外領域に設定されている場合に、被写体１によって反射された可視光線が撮像部４に入射すると、この可視光線はノイズ成分となる。また、ここでいう可視光線としては、表示パネル２が液晶表示パネルの場合は、バックライトから出射され、表示パネル２を通過した照明光や、表示装置の外部からの光が挙げられる。このため、本実施の形態においては、図３に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。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
以上のように、本発明の表示装置は、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。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態における表示装置の全体の概略構成を示す断面図である。
【図２】図２は、図１に示す表示装置の主要部分の位置関係を示す分解斜視図である。
【図３】図３は、図１及び図２に示した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】図４は、図１に示した断面図の一部を拡大して示す部分断面図である。
【図５】図５は、図１及び図２に示した検出光源部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、本実施の形態における表示装置に用いることができる検出光源部の他の例を示す断面図である。
【図７】図７は、本実施の形態における表示装置に用いることができる検出光源部の他の例を示す断面図である。
【図８】図８は、本実施の形態における表示装置に用いることができる検出光源部の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８１】
１  被写体
２  表示パネル
２ａ  フィルタ基板
２ｂ  液晶層
２ｃ  アクティブマトリクス基板
３  表示領域
４  撮像部
５  バックライト装置
６  蛍光ランプ
７  検出光源部
８  筐体
９  拡散板
１０  拡散シート
１１  プリズムシート
１２  反射／偏光シート
１３  光学層
１４  透明板
１５  検出光源部の光源
１６、１７  制限部材（遮蔽部材）
１８  検出光源部のフレーム
１９  固定部材
２０  導光路
２１  表示装置のフレーム
２２  透明板と表示領域との間の空間
３０、３５  レンズ素子（結像光学系）
３０ａ、３５ａ  光軸
３１  光学フィルタ
３２  固体撮像素子
３２ａ  固体撮像素子の受光面の中心を通る法線
３３、３６  撮像部のフレーム
【図１】
2007156647.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007156647.tif 000007
【図６】
2007156647.tif 000008
【図７】
2007156647.tif 000009
【図８】
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