JP2008015125A - 表示素子、表示装置およびカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】同一の表示基板上に、異なる方式で表示を行うことができる表示素子の提供。
【解決手段】異なる回折方式の複数の回折格子７０３，７０４のそれぞれを、同一の液晶表示パネル７上の異なる領域に形成した。例えば、回折格子７０３は照明光束を所定方向に回折するブラッグ回折格子で、回折格子７０４は散乱光を発するホログラムである。
【選択図】図３

Description

本発明は、液晶を用いた表示素子、その表示素子を備える表示装置、およびカメラに関する。

従来から、液晶パネルを用いたファインダ内表示装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−１９１４１５号公報

しかしながら、表示装置において液晶回折格子パネルや液晶ホログラムのように異なる回折方式を併用しようとした場合、従来は、回折方式の異なる液晶パネルをそれぞれ設ける必要があり、表示装置が大型化してしまうことになる。

請求項１の発明は、液晶を用いた表示素子に適用され、異なる回折方式の複数の回折格子のそれぞれを、同一の表示基板上の異なる領域に形成したことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の表示素子において、複数の回折格子のそれぞれは、液晶に対して異なる回折状態を与えるものである。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の表示素子において、複数の回折格子は、照明光束を所定方向に回折するブラッグ回折格子と、散乱光を発するホログラムであることを特徴とする。
請求項４の発明による表示装置は、請求項３に記載の表示素子と、表示素子を照明する照明手段と、回折状態の発現および照明手段を制御する制御手段とを備え、制御手段は、照明手段およびブラッグ回折格子の回折状態を発現するとともにホログラムの回折状態を消失する第１の表示状態と、照明手段およびブラッグ回折格子の回折状態を消失するとともにホログラムの回折状態を発現する第２の表示状態とを交互に繰り返す、時分割表示制御を行うことを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項４に記載の表示装置において、照明手段は発光ダイオードであって、第１の表示状態の継続時間と第２の表示状態の継続時間との比に基づいて発光ダイオードの実効発光量を決定するようにしたものである。
請求項６の発明は、請求項５に記載の表示装置において、第１の表示状態の継続時間内において発光ダイオードの静的な定格電流を越える電流での点灯と消灯とを交互に繰り返して、発光ダイオードの発光量を実効発光量に制御するようにしたものである。
請求項７の発明によるカメラは、請求項４〜６のいずれか一項に記載の表示装置を備えたことを特徴とする。
請求項８の発明は、請求項７に記載のカメラにおいて、ブラッグ回折格子により撮影情報の表示を行い、ホログラムにより表示素子の透過領域を変更することを特徴とするカメラ。

本発明によれば、同一の表示基板上の異なる領域に、異なる回折方式で表示を行うことができる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は本発明による表示装置の一実施の形態を示す図であり、表示装置をカメラのファインダ表示装置に適用した場合の概略構成図である。１は撮影レンズであり、被写体光束は撮影レンズ１により撮像素子２上に結像され、結像された被写体像は撮像素子２により撮像される。撮像素子２には、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子が用いられる。

撮影レンズ１と撮像素子２との間には、被写体光束をファインダ光学系へと反射するミラー３が配設されている。露光時にはミラー３が光路外へと待避駆動され、撮像素子２上に被写体像が投影される。一方、非露光時には、撮影レンズ１からの被写体光束はミラー３で反射され、撮像素子２の撮像面と光学的に等価な位置に配置されたファインダスクリーン４上に結像する。ファインダスクリーン４上に結像された被写体像は、ペンタプリズム５および接眼レンズ６を介して観察することができる。

ファインダスクリーン４の上方近傍には、ファインダ内表示のための液晶表示パネル７が設けられている。液晶表示パネル７の側方には、液晶表示パネル７を照明する光源８が配置されている。本実施の形態では、光源８に発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いている。光源８から出射された照明光は、導光素子９を介して液晶表示パネル７に入射する。導光素子９は、照明光を効率良く液晶表示パネル７内に導くための光学素子である。液晶表示パネル７からの表示光は、ペンタプリズム５を介して接眼レンズ６へと達する。その結果、被写体像に表示が重畳されて観察される。

１０は表示を制御するための制御装置であり、光源８を駆動制御する照明制御部１００、液晶表示パネル７を駆動制御する表示制御部１０１、および、照明および表示のオンオフタイミングの信号を出力するタイミング発生器１０２を備えている。照明制御部１００および表示制御部１０１は、タイミング発生器１０２から入力されるタイミング信号に基づいてそれぞれの制御を行う。

図２は液晶表示パネル７の平面図である。画面中央にはＡＦエリアマーク７２が複数配置されており、いずれかを選択的に表示して焦点調節を行う対象の位置を示すことができる。また、このカメラは、複数の撮像範囲を選択できる機能を有しており、ハッチングを施したクロップ領域７３（７３ａ、７３ｂ、７３ｃ）で被写体に対する視野枠を示すことにより、撮像範囲を容易に認識できるようにしている。全てのクロップ領域７３ａ〜７３ｃを非表示とした場合の縦Ｅ×横Ｄの矩形領域７１が、通常（最大）の撮像範囲を示しており、クロップ領域７３ａ〜７３ｃを表示することにより、より小さな撮像範囲の表示が可能となっている。

左右一対のクロップ領域７３ｃを表示すると、撮像範囲は縦Ｅ×横Ｃとなる。左右一対のクロップ領域７３ｂ，７３ｃを表示すると、撮像範囲は縦Ｅ×横Ｂとなる。全てのクロップ領域７３ａ〜７３ｃを表示すると、撮像範囲は縦Ｆ×横Ａとなる。撮像素子２から出力される撮像信号の内の、各撮像範囲に対応する撮像領域の撮像信号に基づいて画像処理等が行われるので、撮像範囲が小さなものほど画像サイズが小さくなり、高速撮影に適している。

図３は液晶表示パネル７の機能を説明する図であり、液晶パネル７の断面を模式的に示したものである。図３において、（ａ）はＡＦエリアマーク７２だけが表示される第１の表示状態を示し、（ｂ）はクロップ領域７３だけが表示される第２の表示状態を示す。液晶表示パネル７は高分子分散型液晶を用いた回折光学素子であって、透明基板７００，７０１に挟持された液晶層７０２には、ＡＦエリアマーク７２に対応するブラッグ回折格子７０３が形成され、クロップ領域７３に対応する物体ホログラム７０４が形成されている。

透明基板７００，７０１の液晶層７０２側の面には、電極７０５，７０６，７０７がＩＴＯ（スズドープ酸化インジウム）等の透明導電膜によりそれぞれ形成されている。電極７０５，７０６はそれぞれＡＦエリアマーク７２およびクロップ領域７３と同一形状に形成されており、電極７０７は基板表面全体にベタパターンとして形成されている。なお、透明基板７００側には電極７０６，７０７とは別に周辺電極が形成されているが、ここでは図示を省略した。

高分子分散型液晶は、高分子物質内に液晶を液晶滴として分散させたものである。ブラッグ回折格子７０３では、高分子ポリマーの層と液晶滴が多数分布する層とを交互に繰り返した干渉縞による回折格子が形成されている。電極７０６の印加電圧をオフして電極７０５，７０６間に電位差が無い状態では、液晶分子はランダムに配向しており、高分子ポリマー層と液晶滴層との間の屈折率差によりブラッグ回折格子７０３の回折機能が発現する。

図３（ａ）では電極７０６の印加電圧がオフとされ、導光素子９を介して液晶パネル７内に入射した照明光Ｌは、ブラッグ回折格子７０３により接眼レンズ６（図１参照）の方向へと回折される。ブラッグ回折格子７０３はＡＦエリアマーク形状にパターン化されており、その部分のみが照明光を視線方向に出射するので、観察者はＡＦエリアマーク７２の部分が発光しているように見える。なお、不図示の周辺電極には常に電圧が印加されているので、液晶分子が基板垂直方向に配向して液晶層７０２は透明状態となっており、被写体光ＬＳは液晶層７０２を透過する。そのため、観察者はファインダスクリーン４の被写体像を観察することができる。

一方、電極７０６の印加電圧をオンとすると、液晶滴層の液晶分子が基板垂直方向に配向し、液晶滴層は高分子ポリマー層とほぼ同一の屈折率となる。その結果、ブラッグ回折格子７０３の回折機能は消失し、照明光Ｌが回折されないのでＡＦエリアマーク７２は観察されない（図３（ｂ））。また、被写体光ＬＳに対しても透明状態となり、観察者はファインダスクリーン４の被写体像を観察することができる。

クロップ領域７３に形成されている物体ホログラム７０４には、高分子ポリマー内に分散されている液晶滴により散乱板のホログラムが形成されている。電極７０７の電圧が印加されていない状態では物体ホログラム７０４の回折機能が発現し、下方から入射した光（被写体光ＬＳ）に対して、このホログラムのモデルとなった散乱板と同一の波面を発生する（図３（ｂ））。つまり、入射光に対して散乱板として作用する。物体ホログラム７０４から出射される散乱光は、理想的には全方向立体角に広がっており、その内の一部がペンタプリズム５および接眼レンズ６を介して観察されることになる。その結果、クロップ領域７３の被写体像は他の領域に比べて暗く観察されることになる。

一方、電極７０７の印加電圧がオンされると、液晶滴層の液晶分子が基板垂直方向に配向するため物体ホログラム７０４の回折機能は消失する。その結果、被写体光ＬＳは、クロップ領域７３で散乱されることなく液晶パネル７を透過する（図３（ａ））。

ところで、物体ホログラム７０４の回折機能がオン状態（印加電圧オフ）の場合、光源８からの照明光Ｌも散乱されるため、クロップ領域７３が光っているように観察されてしまい、クロップ領域７３の本来の機能が損なわれることになる。そのため、図３（ｂ）に示すクロップ領域７３だけが表示される第２の表示状態では、クロップ領域７３における照明光の散乱を避けるために光源８が消灯される。

つまり、同一液晶パネル７上に２種類の回折格子７０３，７０４を配置した場合、ＡＦエリアマーク７２を発光表示させようとするとクロップ領域７３で照明光が散乱してしまう。そのため、本実施の形態では、表示時間を時分割して、一部の時間で第１の表示状態の表示を行い、残りの時間で第２の表示状態の表示を行うような表示方法を採用することにした。このような時分割表示制御を行うと、非常に短い時間間隔で図３（ａ）の表示状態と図３（ｂ）の表示状態とが交互に繰り返されるため、残像効果によってＡＦエリアマーク７２とクロップ領域７３とが同時に表示されているように観察される。

図４は、時分割表示制御の一例を示す図であり、図１のタイミング発生器１０２から出力されるタイミング信号を示したものである。図４（ａ）は光源８の点灯のタイミングを指示する信号であり、照明制御部１００に入力される。図４（ｂ）〜（ｄ）は電極７０５，７０６，７０７に対する信号を示したものであり、それぞれ表示制御部１０１に入力される。図４（ｂ）は、回折格子７０３，７０４に対する共通の電極７０５に印加される電圧に関するコモン信号である。図４（ｃ）は電極７０６の印加電圧に関するセグメント信号であり、図４（ｄ）は電極７０７の印加電圧に関するクロップ信号である。

一般に、液晶はそれを挟む２つの電極に矩形波電圧を加えるという方法で駆動され、例えば、電極７０７の印加電圧がオンされる状態とは、電極７０７および電極７０５の矩形波の位相がπだけ異なっている状態であり、印加電圧がオフされる状態とは、電極７０７および電極７０５の矩形波の位相が同位相となっている状態を指す。すなわち、印加電圧のオンオフは、図４（ｂ）のコモン信号に対する図４（ｃ），（ｄ）のセグメント信号およびクロップ信号の位相シフトで表される。

コモン信号によって、共通の電極７０５には一定周波数の矩形波電圧が印加される。そして、セグメント信号およびクロップ信号の位相を変化させることで、回折格子７２，７３のオンオフ制御を行う。図３において説明したように、光源８の点灯は回折格子７０３のオン状態と同期しており、光源８の消灯は物体ホログラム７０４のオン状態と同期している。そのため、図４（ａ）の点灯信号のハイ状態とロー状態の切り替えは、図３に示したＡＦエリアマーク７２だけが表示される第１の表示状態とクロップ領域７３だけが表示される第２の表示状態との切り替えに同期している。

光源８の点灯信号がハイ状態となる第１の表示状態では、セグメント信号はコモン信号と同位相となるように生成され、クロップ信号はコモン信号とπだけ位相シフトするように生成される。その結果、回折格子７０３はオン状態となるとともに物体ホログラム７０４はオフ状態となって、この区間においてはＡＦエリアマーク７２だけが表示されることになる。この区間では、物体ホログラム７０４は被写体光に対しても照明光に対しても透明状態となるため、クロップ領域７３は光ることも減光することもない。

一方、光源８の点灯信号がロー状態となる第２の表示状態では、クロップ信号はコモン信号と同位相となるように生成され、セグメント信号はコモン信号とπだけ位相シフトするように生成される。その結果、物体ホログラム７０４はオン状態となるとともに回折格子７０３はオフ状態となって、この区間においてはクロップ領域７３だけが減光表示されることになる。この区間においては光源８が消灯されるため、クロップ領域７３が照明光により光るようなことはない。

第１および第２の表示状態の切り換えは、人がその時間分割を弁別できるよりも短い時間間隔で繰り返されるので、残像効果により観察者は第１の表示状態と第２の表示状態とが合成されたものが観察されることになる。ここで、第１の表示状態の時間間隔と第２の表示状態の時間間隔との比を１：４とし、ＡＦエリアマーク７２の発光輝度を１０、クロップ領域７３の減光比（＝１−遮光度）を０．１とした場合、合成表示されたときの発光強度は１／５、クロップ領域７３の減光は０．２８（すなわち遮光度０．７２）になり、クロップ領域７３の減光表示とＡＦエリアマーク７２の発光表示とが両立していることが分かる。なお、時間間隔の比を変えることでクロップ領域７３の減光の程度およびＡＦエリアマーク７２の発光強度を調節することができる。

このように、本実施の形態の表示装置では、上述したような時分割表示制御を行うことにより、一枚の液晶表示パネル７で、クロップ領域７３のような黒色に画像が沈み込む枠表示とＡＦエリアマーク７２のような発光表示とを同時に表示することができる。

ところで、ＡＦエリアマーク７２を発光表示する場合、背景の被写体像が暗い場合には暗く発光表示させ、逆に被写体像が明るい場合には明るく発光表示させるのが認識しやすさの点で好ましい。この場合、光源８に用いられているＬＥＤの電流を変える制御は難しいので、第１の表示状態の区間において、光源８を一定の強度で発光させるのではなく、この区間をさらに細かく時分割して点灯と消灯とを繰り返すような制御を行う。

図５は、そのような照明の時分割制御を説明する図である。図５（ａ）において、太線で示す発光制御は連続的に発光させる場合を示し細線で示す発光制御は時分割制御を示している。なお、横軸は時間、縦軸は光源８の電流である。時間ｔは図４の第１の表示状態の時間であり、ＩはＬＥＤの定格電流値であるとする。

ＬＥＤの場合、大きな電流を連続的に流せられない原因として発熱があり、短時間であれば定格を越えて電流を流すことが可能である。図５（ａ）に示す例では、点灯時間のデューティを１／８、電流値を定格の８倍である８Ｉとすることで、定格電流Ｉでの連続発光と同等の発光強度を得るようにしている。さらに、図５（ｂ）に示すように、電流値を８Ｉ、時分割発光における点灯時間のデューティを１／５とすることで、電流値が８Ｉ／５の連続発光と同等の発光強度を得ることが可能となる。

以上説明した実施の形態の作用効果をまとめると以下のようになる。
（１）異なる回折方式の複数の回折格子７０３，７０４のそれぞれを、同一の表示基板７上の異なる領域に形成したので、単一の液晶パネルで異なる回折方式の表示を行うことができ、表示装置の小型化を図ることができる。なお、異なる回折方式の回折格子として、照明光束を所定方向に回折するブラッグ回折格子と散乱光を発するホログラムとを設けても良い。
（２）表示素子７と、表示素子７を照明する照明手段８と、回折状態の発現および照明手段８を制御する制御手段１０とを備え、制御手段１０は、照明手段８およびブラッグ回折格子７０３の回折状態を発現するとともにホログラム７０４の回折状態を消失する第１の表示状態と、照明手段８およびブラッグ回折格子７０３の回折状態を消失するとともにホログラム７０４の回折状態を発現する第２の表示状態とを交互に繰り返す、時分割表示制御を行う。その結果、表示装置の小型化を図れるとともに、同一基板上に設けられた異なる回折方式による表示を同時に行うことができる。なお、照明手段と８として発光ダイオードを使用し、第１の表示状態の継続時間と第２の表示状態の継続時間との比に基づいて発光ダイオードの実効発光量を決定するようにしても良い。
（３）第１の表示状態の継続時間内において発光ダイオードの静的な定格電流を越える電流での点灯と消灯とを交互に繰り返して、発光ダイオードの発光量を実効発光量に制御することにより、実効発光量の制御を容易に行うことができるとともに、ダイナミックに変化させることができる。

本実施の形態では撮像素子２にＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子を用いたデジタルカメラを例に説明したが、撮像素子２として銀塩フィルムを用いたカメラにも本発明は適用できる。なお、液晶表示パネル７に、回折方式の異なる２種類の回折格子を設けたが、３種類以上設けても良い。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。

本発明による表示装置の一実施の形態を示す図である。 液晶表示パネル７の平面図である。 液晶表示パネル７の機能を説明する模式図であり、（ａ）は第１の表示状態を示し、（ｂ）は第２の表示状態を示す。 時分割表示制御の一例を示す図であり、（ａ）は光源８の点灯のタイミングを指示する信号を、（ｂ）はコモン信号を、（ｃ）はセグメント信号を、（ｄ）はクロップ信号をそれぞれ示す。 照明の時分割制御を説明する図であり、（ａ）は点灯時間のデューティを１／８とした場合を示し、（ｂ）は点灯時間のデューティを１／５とした場合を示す。

符号の説明

１：撮影レンズ、２：撮像素子、７：液晶表示パネル、８：光源、９：導光素子、１０：制御装置、１００：照明制御部、１０１：表示制御部、１０２：タイミング発生器、７２：ＡＦエリアマーク、７３，７３ａ〜７３ｃ：クロップ領域、７００，７０１：透明基板、７０２：液晶層、７０３：ブラッグ回折格子、７０４：物体ホログラム、７０５〜７０７：電極

Claims (8)

1. 液晶を用いた表示素子において、
   異なる回折方式の複数の回折格子のそれぞれを、同一の表示基板上の異なる領域に形成したことを特徴とする表示素子。
2. 請求項１に記載の表示素子において、
   前記複数の回折格子のそれぞれは、前記液晶に対して異なる回折状態を与えることを特徴とする表示素子。
3. 請求項１または２に記載の表示素子において、
   前記複数の回折格子は、照明光束を所定方向に回折するブラッグ回折格子と、散乱光を発するホログラムであることを特徴とする表示素子。
4. 請求項３に記載の表示素子と、
   前記表示素子を照明する照明手段と、
   前記回折状態の発現および前記照明手段を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記照明手段および前記ブラッグ回折格子の回折状態を発現するとともに前記ホログラムの回折状態を消失する第１の表示状態と、前記照明手段および前記ブラッグ回折格子の回折状態を消失するとともに前記ホログラムの回折状態を発現する第２の表示状態とを交互に繰り返す、時分割表示制御を行うことを特徴とする表示装置。
5. 請求項４に記載の表示装置において、
   前記照明手段は発光ダイオードであって、
   前記制御手段は、前記第１の表示状態の継続時間と前記第２の表示状態の継続時間との比に基づいて前記発光ダイオードの実効発光量を決定することを特徴とする表示装置。
6. 請求項５に記載の表示装置において、
   前記制御手段は、前記第１の表示状態の継続時間内において前記発光ダイオードの静的な定格電流を越える電流での点灯と消灯とを交互に繰り返して、前記発光ダイオードの発光量を前記実効発光量に制御することを特徴とする表示装置。
7. 請求項４〜６のいずれか一項に記載の表示装置を備えたことを特徴とするカメラ。
8. 請求項７に記載のカメラにおいて、
   前記ブラッグ回折格子により撮影情報の表示を行い、前記ホログラムにより前記表示素子の透過領域を変更することを特徴とするカメラ。

Images