JP4556700B2

JP4556700B2 - 座標検出装置

Info

Publication number: JP4556700B2
Application number: JP2005040807A
Authority: JP
Inventors: 直隆上原; 健笠原; 祐人布川; 孝行小金; 純人篠原; 公靖水野; 一志雨谷
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2005-02-17
Filing date: 2005-02-17
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2025-02-17
Also published as: JP2006227907A

Description

本発明は、例えば各種電子端末装置の表示画面上で接触指示された座標の位置を検出するための座標検出装置に関する。

従来、各種電子端末装置の表示画面上のペン操作位置を検出するために、表示一体型の座標検出装置が実用されており、一般的には抵抗膜方式や静電誘導方式を用いたタッチパネルが数多く使用されている。

抵抗膜方式の座標検出装置は、２枚の抵抗膜にＸ、Ｙ方向の電圧を交互に印加し、ペンタッチによる接触位置からの出力電圧に基づいて座標位置を検出するものである（例えば、特許文献１参照。）。

静電誘導方式の座標検出装置は、ペンの先端にＬＣ共振回路などによる誘導体を内蔵させ、このペンの先端が被検出平面上に接近・接触することにより発生する誘起電圧を該平面側の各点において検知することで、ペンタッチの座標位置を検出するものである（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００３−２２３２８３号公報特開２００２−２５９０５３号公報

しかしながら、前記従来の抵抗膜方式の座標検出装置では、ユーザ所望の指定点に対するペンタッチ操作に伴い、例えばペンを把持するユーザの手のひらやその他の部分が被検出平面上に当たってしまうと、ペンの正確な座標の検出ができず、特に大型のタッチパネルを机上に設置して使用する場合など、使い勝手が悪い問題があった。

また、前記従来の静電誘導方式の座標検出装置では、ペンの先端は一般に細く空間が無く、誘導体を内蔵させる位置とは若干の位置ずれがあるため、特にペンを寝かせて入力操作した場合など、ペン先端での実際の指定点と誘導体による誘起電圧に応じて検出された座標位置とが異なることがあり、細かな位置入力を正確に行うのが難しい問題があった。

本発明は、前記のような問題に鑑みなされたもので、抵抗膜方式でも静電誘導方式でもなく、全く新しい方式で指定点の座標を正確に検出することが可能になる表示一体型の座標検出装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の座標検出装置は、表示パネルと、この表示パネルを制御する表示パネル制御部と、前記表示パネルに接触する物体とから構成される座標検出装置であって、前記表示パネルは、表示画面の複数の定位置に配置された赤外光の発光素子と、この複数の発光素子のそれぞれと組み合わせて配置され、当該発光素子からの赤外光の発光に応じて、その発光素子の配置位置に対応するところの表示画面に接触した物体により反射された反射光を受光する受光素子と、を備え、前記物体は、前記表示画面と接触する部分に対応して設けられた赤外光を反射する反射体と、前記反射体の反射方向前面に配置され、該反射体により反射された反射光を入力すべきコマンドコードに応じたパルス状の光信号に変換するために、コマンドコードに応じて光を遮光する状態と透過する状態とに駆動される液晶シャッタと、を備え、前記表示パネル制御部は、前記複数の受光素子それぞれによる反射光の受光出力に基づいて前記表示画面に接触した物体の位置を検出する検出手段と、前記複数の受光素子それぞれによる反射光の受光出力の信号パターンに基づいて入力されたコマンドコードを判断するコマンド判断手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明の請求項２に記載の座標検出装置は、請求項１記載の座標検出装置において、前記液晶シャッタに代えて、前記反射体の反射方向前面をその外周部が横切るように配置された回転する円板を有し、該円板の外周部に前記コマンドコードに応じて透過状態とすべきタイミングの範囲でスリットを形成したエンコーダを備えたことを特徴とする。

本発明の請求項３に記載の座標検出装置は、請求項１記載の座標検出装置において、前記液晶シャッタに代えて、前記反射体の反射方向前面をその回転経路が横切るように配置された回転するベルトを有し、該ベルトに対し前記コマンドコードに応じて透過状態とすべきタイミングの範囲でスリットを形成したベルト型エンコーダを備えたことを特徴とする。

本発明の請求項４に記載の座標検出装置は、請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の座標検出装置であって、前記発光素子と当該発光素子に組み合わされる受光素子は、前記表示画面の表示画素毎に一組ずつ配置されることを特徴とする。

本発明に係る座標検出装置によれば、抵抗膜方式でも静電誘導方式でもない、全く新しい方式でペンなどの物体による指定点の座標を正確に検出できるようになるとともに、物体側で反射光の遮光と透過とを切り換えることによって、コマンドコードに応じたパルスタイミングの光信号を容易に生成して表示画面上の指定点に対応する受光素子に与え命令情報として入力できるようになる。

以下図面により本発明の実施の形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る表示一体型の座標検出装置１０の構成を示す図であり、同図（Ａ）は全体の外観構成を示す斜視図、同図（Ｂ）は表示入力パネル１１の一部矩形領域を抜き出して示す拡大平面図、同図（Ｃ）は表示入力パネル１１の１画素１２nを抜き出して示す拡大平面図である。

この表示一体型の座標検出装置１０は、その表示入力パネル１１の各画素１２1，１２2，１２3，…のそれぞれにおいてカラー表示機能および反射型センサによるペン先検知機能を有している。

各画素１２1，１２2，１２3，…には、その１画素１２nの領域を４分割し、そのうち３つの領域にカラー表示を行うためのＲ，Ｇ，Ｂ三原色の表示素子である赤色発光体（Ｒ）１３ｒ、緑色発光体（Ｇ）１３ｇ、青色発光体（Ｂ）１３ｂが配置され、残る１つの領域にペンＰのペン先検知を行うためのペン先検知部１４が一組の発光素子１４ａと受光素子１４ｂを配置して構成される。

ペンＰのペン先Ｐ１は、ペン先検知部１４の発光素子１４ａによる発光波長を良く反射する素材により構成されるもので、例えば発光素子１４ａが赤外光を発光する場合には、この赤外光のみを十分反射し易い素材によって構成される。

なお、この座標検出装置１０の表示入力パネル１１の表面は、その全領域が透明アクリル板や薄いガラス板からなる保護層１５により被覆される。

図２は、前記座標検出装置１０の表示入力パネル１１におけるペン先検知動作を示す図であり、同図（Ａ）はペン先Ｐ１が表示入力パネル１１から離れている状態での対応画素１２nの動作を示す図、同図（Ｂ）はペン先Ｐ１が表示入力パネル１１に当接した状態での対応画素１２nの動作を示す図である。

図２（Ａ）に示すように、表示入力パネル１１の表面からペン先Ｐ１が離れている状態では、対応する画素１２n内におけるペン先検知部１４の発光素子１４ａから発光される光Ｘaは、保護層１５を透過してさらに上方の空間にて散光するので、反射光Ｘbとして受光素子１４ｂ側に受光されることはなく、ペン先Ｐ１が検知されることはない。

一方、図２（Ｂ）に示すように、表示入力パネル１１の表面にペン先Ｐ１が近付いて接触すると、対応する画素１２n内におけるペン先検知部１４の発光素子１４ａから発光される光Ｘaは、当該接触中のペン先Ｐ１の反射素材により反射され、その反射光Ｘbが受光素子１４ｂにて受光されることで、この画素１２nのペン先検知部１４によりペンＰによる表示入力パネル１１上での指定の座標位置が検出される。

この場合、ペンＰは、表示入力パネル１１に当接することによりそのペン先Ｐ１がパネル１１面との接触に応じて潰されて変形し、当該ペン先Ｐ１のパネル１１面との接触面積が広がるので、対応画素１２nのペン先検知部１４にて確実にペン先Ｐ１からの反射光Ｘｂを得ることができる。

図３は、前記座標検出装置の表示入力パネル１１に対する表示制御ならびに入力位置の座標検出制御を行うための表示入力回路を示す図である。

表示入力パネル１１の各画素１２1，１２2，１２3，…におけるペン先検知部１４の発光素子１４ａは、電源ＯＮの状態で常時発光駆動され、この発光Ｘaに応じてペン先Ｐ１により反射された反射光Ｘbが受光素子１４ｂに受光されると、この受光信号はペン先検知信号として各画素１２1，１２2，１２3，…毎に設けられたラッチ回路２１1，２１2，２１3，…にて直ちにラッチされる。そして、この各ラッチ回路２１1，２１2，２１3，…にてラッチされたペン先検知信号は、所定のタイミングでシフトレジスタ２２1，２２2，２２3，…に読み出され、同各画素１２1，１２2，１２3，…に対応させて記憶される。

このシフトレジスタ２２1，２２2，２２3，…に記憶された各画素対応のペン先検知信号は、制御部（ＣＰＵ／ＬＳＩ）２４により予め設定されたタイミングで読み出された後クリアされ、ペン先検知信号が得られた画素位置に応じた表示入力パネル１１上の座標位置が検出される。

一方、各画素１２1，１２2，１２3，…毎の表示素子である赤色発光体（Ｒ）１３ｒ、緑色発光体（Ｇ）１３ｇ、青色発光体（Ｂ）１３ｂは、前記制御部（ＣＰＵ／ＬＳＩ）２４により表示用メモリ２５に書き込まれた表示データに従って表示ドライバ２６によりそれぞれ発光駆動される。

なお、前記制御部（ＣＰＵ／ＬＳＩ）２４は、メモリ（処理用）２７に予め記憶された入力（座標検出）制御プログラムおよび表示制御プログラムなどに応じて各部の動作を制御する。

そして、前記制御部（ＣＰＵ／ＬＳＩ）２４は、表示入力パネル１１に対するペン入力操作に応じて検出されたペン先Ｐ１による指定の座標位置に対応させて、例えばその表示素子（Ｒ）１３ｒ、（Ｇ）１３ｇ、（Ｂ）１３ｂを点灯駆動または消灯駆動することによるペン入力軌跡の表示制御や消去制御などを実行する。

図４は、前記座標検出装置で使用されるペンＰのペン先Ｐ１の種々の変形例を示す図である。

表示入力パネル１１上の所望の位置を指定するためのペンＰのペン先Ｐ１は、前述したとおり、図４（Ａ）に示すように、ペン先Ｐ１がパネル１１面に当接するのに伴い当該パネル１１面に沿って潰れて平らになる弾性を有するもの以外に、図４（Ｂ）に示すように、ユーザによるペンＰの表示入力パネル１１面に対する平均的操作角度に応じて予め傾斜した接触面を有するペン先Ｐ１ａ、図４（Ｃ）に示すように、一部に平面を有するボール状で表示入力パネル１１面に当接するのに伴い矢印ｘで示すように可動して面接触が得られるペン先Ｐ１ｂ、図４（Ｄ）に示すように、球面全体に渡り隣接する６角形の小平面を形成したミラーボール状のペン先Ｐ１ｃなど、何れを用いてもよい。なお、何れのペン先Ｐ１，Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，Ｐ１ｃであっても、ペン先検知部１４の発光素子１４ａによる発光波長を良く反射する素材により構成される。

したがって、前記構成の第１実施形態の表示一体型座標検出装置１０によれば、表示入力パネル（表示画面）１１における各画素１２1，１２2，１２3，…毎に、Ｒ，Ｇ，Ｂ三原色の表示素子である赤色発光体（Ｒ）１３ｒ、緑色発光体（Ｇ）１３ｇ、青色発光体（Ｂ）１３ｂを設けると共に、赤外波長の発光素子１４ａと受光素子１４ｂを組み合わせて配置したペン先検知部１４を隣接配置し、ユーザによる表示画面上でのペン操作に応じてペン先Ｐ１がパネル１１面に当接した場合、当該ペン先Ｐ１の当接位置にある画素１２nのペン先検知部１４の発光素子１４ａから発光された赤外光Ｘaをペン先Ｐ１に反射させ、この反射光Ｘbを同一検知部１４の受光素子１４ｂにて受光させることで、該当画素１２nのペン先検知部１４における受光信号をペン先検知信号として取り込み、表示入力パネル（表示画面）１１上でのペン入力座標位置を検出するようにしたので、従来の抵抗膜方式であったユーザの手のひらがパネル面に接触することにより不要部分の座標位置を誤検出してしまう問題、あるいは静電誘導方式であった実際のペン操作位置と検出座標位置とにずれが生じてしまう問題などが起きることはなく、正確且つ確実にペン先Ｐ１を検知し指定点の座標位置を検出することが可能になる。

また、前記構成の第１実施形態の表示一体型座標検出装置１０によれば、ペン操作指定点に対応する画素１２nのペン先検知部１４にて得られたペン先検知信号は、データとしてラッチ回路２１nに保持された後シフトレジスタ２２nに読み出されペン先検知された指定点の座標位置が判断されるので、表示入力パネル（表示画面）１１上での連続的なペン操作に伴う入力軌跡の座標位置も漏れなく確実に検出することができる。

なお、前記第１実施形態の座標検出装置１０では、表示入力パネル１１上でのペンＰの操作に伴う指定点の座標位置を検出し、この座標位置に対応してどのような制御を実行するかは、指定点表示や指定点消去、あるいは指定点に表示されているアイコンに応じたコマンドの実行など、事前のユーザ設定に応じてプログラム制御されるものとして構成したが、次の第２実施形態の座標検出装置１０において説明するように、反射シャッタ機能を備えたペン先Ｐ２により指定点での反射光Ｘbをユーザ操作に応じて選択されるコマンドコードに応じたパルス状の反射光信号に変換し、各画素１２1，１２2，１２3，…毎のペン先検知信号に従った座標位置の検出と共に当該検知信号のパルスコードをデコードすることで、そのコマンドコードに応じた制御を実行する構成としてもよい。

（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態に係る表示一体型座標検出装置１０の表示入力パネル１１におけるペン先検知動作を示す図であり、同図（Ａ）は反射シャッタ機能を備えたペン先Ｐ２が表示入力パネル１１から離れている状態での対応画素１２nの動作を示す図、同図（Ｂ）は反射シャッタ機能を備えたペン先Ｐ２が表示入力パネル１１に当接した状態での対応画素１２nの動作を示す図である。

すなわち、この第２実施形態の座標検出装置１０では、ユーザにより直接操作されるペンＰのペン先Ｐ２として、例えば前記図４（Ｃ）で示したように、一部に平面を有するボール状で表示入力パネル１１面に当接するのに伴い矢印ｘで示すように可動して面接触が得られるペン先Ｐ１ｂを使用すると共に、このペン先Ｐ２（Ｐ1b）のパネル１１面との接触面となる平面部分に対し、当該平面部に入射する赤外光を反射するためのミラー板３１、およびこのミラー板３１による反射光を該ミラー全面にわたり遮光または透過するための液晶シャッタ３２が設けられる。

図５（Ａ）に示すように、表示入力パネル１１の表面からペン先Ｐ２が離れている状態では、対応する画素１２n内におけるペン先検知部１４の発光素子１４ａから発光される光Ｘaは、保護層１５を透過してさらに上方の空間にて散光するので、ミラー板３１が液晶シャッタ３２により遮光されているか透過されているかに関係なく反射光Ｘbとして受光素子１４ｂ側に受光されることはなく、ペン先Ｐ２が検知されることはない。

一方、図５（Ｂ）に示すように、表示入力パネル１１の表面にペン先Ｐ２が近付いて接触すると、対応する画素１２n内におけるペン先検知部１４の発光素子１４ａから発光される光Ｘaは、当該接触中のペン先Ｐ２の液晶シャッタ３２が透過されているタイミングにてミラー板３１により反射され、その反射光Ｘbが受光素子１４ｂにて受光されることで、この画素１２nのペン先検知部１４によりペンＰによる表示入力パネル１１上での指定の座標位置が検出される。

なお、液晶シャッタ３２は、後述する表示用のコマンドコードに従って遮光／透過駆動制御されるので、ペン先検知部１４においてペン先Ｐ２が検知されているときの受光素子１４ｂでの反射光Ｘbの受光パターン、つまりペン先検知信号の信号パターンは、当該コマンドコードに対応して受光時と非受光時のタイミングが組み合わされたパルス状の信号パターンになる。

図６は、前記第２実施形態の座標検出装置１０におけるペンＰのペン先Ｐ２に設けられたミラー板３１および液晶シャッタ３２の構成を示す断面図である。

液晶シャッタ３２は、その液晶層３２ａを上下の電極基板３２b1，３２b2および偏光板３２c1，３２c2によって挟んだ構造とされ、ミラー板３１の表面のミラー層３１ａに重ねて配置される。

液晶シャッタ３２は、ペンＰに内蔵された図示しない液晶駆動回路および電池電源により駆動されるもので、この液晶シャッタ３２における遮光と透過の切り換えが伴う駆動制御は、例えば当該ペンＰの側面に設けられてユーザにより操作される図示しない表示コマンド切換ボタンの操作によって選択された表示用のコマンドコードに従って行われる。

例えば本実施形態の座標検出装置１０における表示用のコマンドとしては、表示入力パネル１１に対するペン入力指定点の表示点灯（コマンド“０”）、表示消灯（コマンド“１”）、表示色変更（コマンド“２”）、表示強調（コマンド“３”）の４つのコマンドが用意される。

そして、液晶シャッタ３２は、前記各コマンド“０”“１”“２”“３”毎に異なる１，０配列の８ビットのコマンドコードに従って遮光または透過駆動制御される。

図７は、前記第２実施形態の座標検出装置１０のペン先検知部１４により受光検知されるペン先検知状態での表示用コマンドコードに対応したペン先検知信号の信号パターンを示すタイミングチャートである。

すなわち、スタートビット（ＳＴ）を“０”（遮光）、ストップビット（ＳＰ）を“１”（透過）とする８ビット（b0〜b7)のコマンドコードに対応したパルス状の液晶駆動信号によりペン先Ｐ２に設けた液晶シャッタ３２を遮光／透過駆動することで、ペン先Ｐ２が表示入力パネル１１面に当接しているときには、ペン先検知部１４により得られる反射光Ｘbの受光信号（ペン先検知信号）は前記液晶駆動信号と同様にコマンドコードに対応してＶ０とＶ１で変化するパルス状の信号となる。

図８は、前記第２実施形態の座標検出装置１０の表示入力パネル１１に対する表示制御ならびに入力位置の座標検出制御を行うための表示入力回路を示す図である。

この第２実施形態の座標検出装置１０の表示入力回路では、各画素１２n毎のペン先検知部１４に設けられた受光素子１４ｂから出力される受光信号（ペン先検知信号）は、アンプ回路１４ｃにより増幅されるもので、このアンプ回路１４ｃには制御部（ＣＰＵ／ＬＳＩ）２４から所定間隔でサンプリング制御信号が供給され、このサンプリ制御信号に同期して当該アンプ回路１４ｃにて増幅安定化されたペン先検知信号は制御部（ＣＰＵ／ＬＳＩ）２４により読み出される。

制御部（ＣＰＵ／ＬＳＩ）２４は、前記表示入力パネル１１の各画素１２n毎のアンプ出力回路１４ｃから読み出されるペン先検知信号に基づき、該当画素１２nに応じた座標位置を検出すると共に、当該ペン先検知信号の１，０変化に応じたコマンドコードをデコードして解析し、解析された表示用コマンドに従った表示制御を実行する。

図９は、前記第２実施形態の座標検出装置１０による座標検出処理を示すフローチャートである。

すなわち、表示入力パネル１１の各画素１２1，１２2，１２3，…毎のペン先検知部１４における発光素子１４ａの発光駆動が開始された状態で（ステップＳ１）、例えば図５（Ｂ）に示したように、ペンＰのペン先Ｐ２が表示入力パネル１１上の何れかの画素位置に当接されると、当該画素１２nの位置の発光素子１４ａからの光Ｘaがペン先Ｐ２に設けられた液晶シャッタ３２が透過駆動されているタイミングでミラー板３１により反射され、その反射光Ｘbが同画素１２nの位置の受光素子１４ｂに受光される（ステップＳ２）。

ここで、ペンＰのペン先Ｐ２に設けられている液晶シャッタ３２は、ユーザ操作により選択された任意の表示用コマンド“０”〜“３”のコマンドコードに対応して遮光／透過駆動されているので、受光素子１４ｂにより受光される反射光Ｘbの受光信号（ペン先検知信号）も当該コマンドコードに対応した信号パターンになる（例えば図７参照）。

こうしてペン先Ｐ２により指定された画素１２ｎにおける受光素子１４ｂからの受光信号（ペン先検知信号）がアンプ出力回路１４ｃを介して制御部（ＣＰＵ／ＬＳＩ）２４に入力されると、この受光信号（ペン先検知信号）の取得された受光素子１４ｂのある画素１２ｎに対応して表示入力パネル１１上での指定点の座標が検出判断される（ステップＳ３）。

またこれと共に、制御部（ＣＰＵ／ＬＳＩ）２４に入力された受光信号（ペン先検知信号）の信号パターンが解析され（ステップＳ４）、表示用コマンド“０”〜“３”の何れのコマンドコードと一致するのか判断される（ステップＳ５〜Ｓ８）。

そして、前記ペン入力指定点のペン先検知部１４によりペン先検知され、制御部（ＣＰＵ／ＬＳＩ）２４に入力されて検出判断された指定点座標位置でのペン先検知信号の信号パターンが、例えば表示用コマンド“０”と一致した場合には、表示用メモリ２５に書き込まれた表示データに従って当該指定点座標位置に対応する画素１２ｎの表示素子１３ｒ，１３ｇ，１３ｂが点灯駆動される（ステップＳ５→Ｓ９）。これにより、表示入力パネル１１上でのペンＰの移動軌跡に対応した描画表示が行えるようになる。

また、前記ペン入力指定点のペン先検知部１４によりペン先検知され、制御部（ＣＰＵ／ＬＳＩ）２４に入力されて検出判断された指定点座標位置でのペン先検知信号の信号パターンが、例えば表示用コマンド“１”と一致した場合には、当該指定点座標位置に対応する画素１２ｎの表示素子１３ｒ，１３ｇ，１３ｂが消灯駆動される（ステップＳ６→Ｓ１０）。これにより、表示入力パネル１１上でのペンＰの移動軌跡に対応した表示消去が行えるようになる。

また、前記ペン入力指定点のペン先検知部１４によりペン先検知され、制御部（ＣＰＵ／ＬＳＩ）２４に入力されて検出判断された指定点座標位置でのペン先検知信号の信号パターンが、例えば表示用コマンド“２”と一致した場合には、当該指定点座標位置に対応する画素１２ｎの表示素子１３ｒ，１３ｇ，１３ｂによる表示色が変更されて点灯駆動される（ステップＳ７→Ｓ１１）。これにより、表示入力パネル１１上でのペンＰの移動軌跡に対応した表示色変更が行えるようになる。

さらに、前記ペン入力指定点のペン先検知部１４によりペン先検知され、制御部（ＣＰＵ／ＬＳＩ）２４に入力されて検出判断された指定点座標位置でのペン先検知信号の信号パターンが、例えば表示用コマンド“３”と一致した場合には、当該指定点座標位置に対応する画素１２ｎの表示素子１３ｒ，１３ｇ，１３ｂによる表示輝度（光量）が増加されて強調駆動される（ステップＳ８→Ｓ１２）。これにより、表示入力パネル１１上でのペンＰの移動軌跡に対応した表示強調が行えるようになる。

したがって、前記構成の第２実施形態の表示一体型座標検出装置１０によれば、表示入力パネル１１上の各画素１２1，１２2，１２3，…毎に発光素子１４ａと受光素子１４ｂからなるペン先検知部１４を設け、発光素子１４ａからの光Ｘaをパネル１１面に接触したペン先Ｐ２に反射させその反射光Ｘbを受光素子１４ｂで受光させることでペン先Ｐ２による指定点の座標位置を検出すると共に、ペンＰのペン先Ｐ２のミラー板３１の前面に液晶シャッタ３２を配置し、パネル面操作時にはこの液晶シャッタ３２を表示用のコマンドコードに対応させて遮光／透過切換駆動することで、前記反射光Ｘbの受光信号（ペン先検知信号）を表示用のコマンドコードに対応した０，１変化のパルス状の信号に変換し、前記指定点に対するコマンドの内容をも得られるようにしたので、ペンＰにより任意の指定点を操作入力するだけでなく、例えば当該入力操作指定点に対する表示制御の命令をも入力することができる。

なお、前記第２実施形態の座標検出装置１０では、ペン先Ｐ２のミラー板３１の前面に設けた液晶シャッタ３２を、表示入力パネル１１上での当該ペン入力操作に伴い例えば表示用のコマンドコードに対応させて遮光／透過切換駆動させることで、ペン操作位置に対応する画素１２ｎのペン先検知部１４への反射光Ｘbの受光信号（ペン先検知信号）を前記コマンドコードに応じたパルス状の信号パターンに変換する構成としたが、次の図１０に示すように、ペン先Ｐ２において、回転軸Ｏを中心にして回転（Ｒ）する円板４１の外周に所定のコマンドコードに対応して発光Ｘaおよびその反射光Ｘbを共にパルス状にして通過させるスリット４１ａ，４１ｂ，…を設けたエンコーダ４０を構成する。

そして、表示入力パネル１１上でのペン入力操作に伴いエンコーダ４０を回転動作（Ｒ）させることで、当該ペン操作位置に対応する画素１２ｎのペン先検知部１４への反射光Ｘbの受光信号（ペン先検知信号）を前記コマンドコードに応じたパルス状の信号パターンに変換するようにしてもよい。

図１０は、前記第２実施形態の座標検出装置１０においてペンＰのペン先Ｐ２に内蔵されてコマンドコードに対応したパルス状の反射光信号（Ｘb）を生成するためのエンコーダ４０を示す図である。

また、次の図１１に示すように、ペン先Ｐ２において、回転軸Ｏを中心にして回転（Ｒ）するローラ５１と当該ペン先Ｐ２の最先端部であって内側にミラー板３１を配置したレンズ兼ガイド５２との間にベルト５３を装架し、このベルト５３に対して、表示入力パネル１１との間での発光Ｘaおよびその反射光Ｘbを共に所定のコマンドコードに対応させた長短パルス状にして通過させるためのスリット５３ａ，５３ｂ，…を設けたベルト型エンコーダ５０を構成する。

そして、表示入力パネル１１上でのペン入力操作に伴いベルト５３を回転動作（Ｒ）させることで、当該ペン操作位置に対応する画素１２ｎのペン先検知部１４への反射光Ｘbの受光信号（ペン先検知信号）を前記コマンドコードに応じたパルス状の信号パターンに変換するようにしてもよい。

図１１は、前記第２実施形態の座標検出装置１０においてペンＰのペン先Ｐ２に内蔵されてコマンドコードに対応したパルス状の反射光信号（Ｘb）を生成するためのベルト型エンコーダ５０を示す図である。

また、前記第１実施形態の座標検出装置では、ペンＰのペン先Ｐ１の表面自体が、また前記第２実施形態の座標検出装置では、ペンＰのペン先Ｐ２に内蔵させたミラー板３１が、それぞれ表示入力パネル１１の各画素１２1，１２2，１２3，…毎に設けられたペン先検知部１４の発光素子１４ａにより発光された光Ｘaを反射し、その反射光Ｘbを受光素子１４ｂに受光させて該ペンＰによる指定点の座標位置を検出する構成としたが、次の第３実施形態の座標検出装置１０（図１２参照）において説明するように、ペンＰのペン先Ｐ３を反射塗料６１が描画できる構成のものとし、表示入力パネル１１上に直接ペン先Ｐ３で描画された反射塗料６１によってペン先検知部１４の発光素子１４ａにより発光された光Ｘaを反射し、その反射光Ｘbを受光素子１４ｂに受光させて該ペンＰによる指定点の座標位置を検出する構成としてもよい。

（第３実施形態）
図１２は、本発明の第３実施形態に係る表示一体型座標検出装置１０の表示入力パネル１１におけるペン入力指定点の検知動作を示す図であり、同図（Ａ）はペン先Ｐ３が表示入力パネル１１から離れている状態での対応画素１２nの動作を示す図、同図（Ｂ）はペン先Ｐ３の反射塗料６１により表示入力パネル１１に描画した状態での対応画素１２nの動作を示す図である。

図１２（Ａ）に示すように、表示入力パネル１１の表面からペン先Ｐ３が離れている状態では、対応する画素１２n内におけるペン先検知部１４の発光素子１４ａから発光される光Ｘaは、保護層１５を透過してさらに上方の空間にて散光するので、反射光Ｘbとして受光素子１４ｂ側に受光されることはなく、ペン先Ｐ３が検知されることはない。

一方、図１２（Ｂ）に示すように、表示入力パネル１１の表面にペン先Ｐ３を接触させて反射塗料６１による描画を行うと、対応する画素１２n内におけるペン先検知部１４の発光素子１４ａから発光される光Ｘaは、当該描画により付着した反射塗料６１により反射され、その反射光Ｘbが受光素子１４ｂにて受光されることで、この画素１２nのペン先検知部１４によりペンＰによる表示入力パネル１１上での描画指定点あるいは描画軌跡の座標位置が検出される。

なお、反射塗料６１は、例えば発光素子１４ａによる赤外光の光Ｘaを反射し易い塗料とし、表示素子１３による表示光Ｈを反射し難い塗料とする。

また、表示入力パネル１１上に付着した反射塗料６１は、布などを用いて容易に消去可能なものである。

したがって、前記構成の第３実施形態の表示一体型座標検出装置１０によれば、表示入力パネル１１上の各画素１２1，１２2，１２3，…毎に発光素子１４ａと受光素子１４ｂからなるペン先検知部１４を設け、発光素子１４ａからの光Ｘaをペン先Ｐ３によりパネル１１面に接触描画して付着させた反射塗料６１に反射させその反射光Ｘbを受光素子１４ｂで受光させることでペン先Ｐ３による描画指定点あるいは描画軌跡の座標位置を検出するようにしたので、従来の抵抗膜方式であったユーザの手のひらがパネル面に接触することにより不要部分の座標位置を誤検出してしまう問題、あるいは静電誘導方式であった実際のペン操作位置と検出座標位置とにずれが生じてしまう問題などが起きることはなく、正確且つ確実にペン先Ｐ３による指定点を検知しその座標位置を検出することが可能になる。

なお、本願発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さらに、前記各実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、各実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されたり、幾つかの構成要件が組み合わされても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除されたり組み合わされた構成が発明として抽出され得るものである。

本発明の第１実施形態に係る表示一体型の座標検出装置１０の構成を示す図であり、同図（Ａ）は全体の外観構成を示す斜視図、同図（Ｂ）は表示入力パネル１１の一部矩形領域を抜き出して示す拡大平面図、同図（Ｃ）は表示入力パネル１１の１画素１２nを抜き出して示す拡大平面図。前記座標検出装置１０の表示入力パネル１１におけるペン先検知動作を示す図であり、同図（Ａ）はペン先Ｐ１が表示入力パネル１１から離れている状態での対応画素１２nの動作を示す図、同図（Ｂ）はペン先Ｐ１が表示入力パネル１１に当接した状態での対応画素１２nの動作を示す図。前記座標検出装置の表示入力パネル１１に対する表示制御ならびに入力位置の座標検出制御を行うための表示入力回路を示す図。前記座標検出装置で使用されるペンＰのペン先Ｐ１の種々の変形例を示す図。本発明の第２実施形態に係る表示一体型座標検出装置１０の表示入力パネル１１におけるペン先検知動作を示す図であり、同図（Ａ）は反射シャッタ機能を備えたペン先Ｐ２が表示入力パネル１１から離れている状態での対応画素１２nの動作を示す図、同図（Ｂ）は反射シャッタ機能を備えたペン先Ｐ２が表示入力パネル１１に当接した状態での対応画素１２nの動作を示す図。前記第２実施形態の座標検出装置１０におけるペンＰのペン先Ｐ２に設けられたミラー板３１および液晶シャッタ３２の構成を示す断面図。前記第２実施形態の座標検出装置１０のペン先検知部１４により受光検知されるペン先検知状態での表示用コマンドコードに対応したペン先検知信号の信号パターンを示すタイミングチャート。前記第２実施形態の座標検出装置１０の表示入力パネル１１に対する表示制御ならびに入力位置の座標検出制御を行うための表示入力回路を示す図。前記第２実施形態の座標検出装置１０による座標検出処理を示すフローチャート。前記第２実施形態の座標検出装置１０においてペンＰのペン先Ｐ２に内蔵されてコマンドコードに対応したパルス状の反射光信号（Ｘb）を生成するためのエンコーダ４０を示す図。前記第２実施形態の座標検出装置１０においてペンＰのペン先Ｐ２に内蔵されてコマンドコードに対応したパルス状の反射光信号（Ｘb）を生成するためのベルト型エンコーダ５０を示す図。本発明の第３実施形態に係る表示一体型座標検出装置１０の表示入力パネル１１におけるペン入力指定点の検知動作を示す図であり、同図（Ａ）はペン先Ｐ３が表示入力パネル１１から離れている状態での対応画素１２nの動作を示す図、同図（Ｂ）はペン先Ｐ３の反射塗料６１により表示入力パネル１１に描画した状態での対応画素１２nの動作を示す図。

符号の説明

１０ …座標検出装置
１１ …表示入力パネル
１２ｎ…画素
１３ …表示素子
１３ｒ…赤色発光体（Ｒ）
１３ｇ…緑色発光体（Ｇ）
１３ｂ…青色発光体（Ｂ）
１４ …ペン先検知部
１４ａ…発光素子
１４ｂ…受光素子
１５ …パネル保護層
２１ｎ…ラッチ回路
２２ｎ…シフトレジスタ
２４ …制御部（ＣＰＵ／ＬＳＩ）
２５ …表示用メモリ
２６ …表示用ドライバ
２７ …メモリ（処理用）
３１ …ミラー板
３２ …液晶シャッタ
４０ …エンコーダ
４１ …円板
４１ａ，４１ｂ，…円板のスリット
５０ …ベルト型エンコーダ
５１ …ローラ
５２ …レンズ兼ガイド
５３ …ベルト
５３ａ，５３ｂ，…ベルトのスリット
６１ …反射塗料
Ｘａ…発光
Ｘｂ…反射光
Ｐ …ペン
Ｐ１…ペン先（第１実施形態）
Ｐ２…ペン先（第２実施形態）
Ｐ３…ペン先（第３実施形態）

Claims

表示パネルと、この表示パネルを制御する表示パネル制御部と、前記表示パネルに接触する物体とから構成される座標検出装置であって、
前記表示パネルは、
表示画面の複数の定位置に配置された赤外光の発光素子と、
この複数の発光素子のそれぞれと組み合わせて配置され、当該発光素子からの赤外光の発光に応じて、その発光素子の配置位置に対応するところの表示画面に接触した物体により反射された反射光を受光する受光素子と、を備え、
前記物体は、
前記表示画面と接触する部分に対応して設けられた赤外光を反射する反射体と、
前記反射体の反射方向前面に配置され、該反射体により反射された反射光を入力すべきコマンドコードに応じたパルス状の光信号に変換するために、コマンドコードに応じて光を遮光する状態と透過する状態とに駆動される液晶シャッタと、を備え、
前記表示パネル制御部は、
前記複数の受光素子それぞれによる反射光の受光出力に基づいて前記表示画面に接触した物体の位置を検出する検出手段と、
前記複数の受光素子それぞれによる反射光の受光出力の信号パターンに基づいて入力されたコマンドコードを判断するコマンド判断手段と、
を備えたことを特徴とする座標検出装置。
請求項１記載の座標検出装置において、前記液晶シャッタに代えて、前記反射体の反射方向前面をその外周部が横切るように配置された回転する円板を有し、該円板の外周部に前記コマンドコードに応じて透過状態とすべきタイミングの範囲でスリットを形成したエンコーダを備えたことを特徴とする座標検出装置。
請求項１記載の座標検出装置において、前記液晶シャッタに代えて、前記反射体の反射方向前面をその回転経路が横切るように配置された回転するベルトを有し、該ベルトに対し前記コマンドコードに応じて透過状態とすべきタイミングの範囲でスリットを形成したベルト型エンコーダを備えたことを特徴とする座標検出装置。
前記発光素子と当該発光素子に組み合わされる受光素子は、前記表示画面の表示画素毎に一組ずつ配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の座標検出装置。