JP2004151789A

JP2004151789A - ペン入力表示装置

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Publication number: JP2004151789A
Application number: JP2002313537A
Authority: JP
Inventors: Akishi Fujiwara; 晃史藤原; Naohito Inoue; 尚人井上
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-10-28
Filing date: 2002-10-28
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2022-10-28
Also published as: JP4139671B2; US20040080498A1; US7205984B2

Abstract

【課題】超音波ペン入力方式のペン入力表示装置において、消費電力の増大やペン入力の使用感低下を招くことなく、かつ、表示パネルの全入力エリアにおいて誤作動の生じにくいペン入力表示装置を提供する。
【解決手段】入力用ペン３０の超音波送信器３１から送信される超音波信号はペン入力用ユニット１１の超音波受信器１２・１３にて受信され、その受信に基づいて、超音波送信器３１と超音波受信器１２・１３とのそれぞれの距離（距離値Ａ・Ｂ）が求められる。この距離値Ａ・Ｂは表示パネル１０での表示制御に用いられると同時に、受信感度制御部４３・４４に出力される。受信感度制御部４３・４４は、超音波受信器１２・１３にて受信される受信波形のレベル差を低減するための受信感度制御を行う。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ペン入力によって入力された位置情報を検出して、その入力位置座標を求めることのできるペン入力表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、表示画面上でのペン入力を可能とするペン入力表示装置において、透明タブレットと表示パネルとを一体構成したタブレット一体型表示パネルが広く用いられている。このタブレット一体型表示パネルには様々なタイプがあり、透明タブレットに抵抗膜方式を用いたものが最も広く利用されている。抵抗膜方式の透明タブレットを用いた一体型表示パネルは、表示パネルの前面に座標検出用の透明タブレットを積層した構成をとっている。
【０００３】
しかし、上述のタブレット一体型表示パネルでは、ペン入力を行う際には表示パネルと入力用のペン先との間に透明タブレットが挟まれる形になる。このため、表示パネルの表示位置から離れた位置にペン先がくる、いわゆる「視差」が生じてしまう。さらに、透明とはいえ、上記透明タブレットが表示パネル上に積層されることによって表示画面における表面輝度が低下するといった問題もある。
【０００４】
そこで、表示パネル表面に透明タブレットを置くことなく、ペンによる入力操作を行う方法として、超音波ペン入力方式が利用されている。この方式では、入力用ペンに搭載された超音波送信器から発信される超音波を、表示パネルに搭載された受信器によって受信し、その受信結果から表示パネルに対する入力用ペンの相対位置を演算して入力位置を求めることができる。このような超音波ペン入力方式を開示する文献としては、例えば、米国特許公報である特許文献１が挙げられる。
【０００５】
以下に図１１ないし図１４を参照して、超音波ペン入力方式について説明する。
【０００６】
例えば、特許文献１の構成では、図１１（ａ）に示すように、表示パネル１００の近傍にペン入力用ユニット１０１が配置され、ペン入力用ユニット１０１上には２つの超音波受信器１０２・１０３、および１つの赤外線受信器１０４が配置されている。一方、入力用ペン１２０は、図１１（ｂ）にも示すように、超音波送信器１２１、赤外線送信器１２２を有している。また、入力用ペン１２０はペン先がスイッチ１２３となっている。
【０００７】
また、入力用ペン１２０には、図１２に示すように、超音波送信回路１２４、赤外線送信回路１２５を介して超音波送信器１２１、赤外線送信器１２２の出力制御を行うマイクロコンピュータ（マイコン）１２６が内蔵されている。すなわち、上記マイコン１２６は、入力用ペン１２０が表示パネル１００に接触し、ペン先のスイッチ１２３がＯＮとなった時に、上記超音波送信器１２１および赤外線送信器１２２から信号を発信させる。また、上記超音波送信器１２１、赤外線送信器１２２、超音波送信回路１２４、赤外線送信回路１２５およびマイコン１２６の駆動電源は入力用ペン１２０に内蔵された電池（図示せず）により供給される。
【０００８】
次に、上記構成の超音波ペン入力方式における入力位置の演算方法について説明する。
【０００９】
入力用ペン１２０が表示パネル１００に接触すると、ペン先に内蔵されたスイッチ１２３が入り、超音波送信器１２１より超音波信号が、赤外線送信器１２２より赤外線信号が同時に発信される。そして、超音波信号の発信から受信までにかかる信号到達時間が上記超音波受信器１０２・１０３のそれぞれにおいて計測される。この時、赤外線信号は発信からの時間差ゼロで赤外線受信器１０４に到達するものと見なし、上記信号到達時間の計測は赤外線信号の受信をトリガとして計測が開始される（図１３参照）。
【００１０】
超音波信号の信号到達時間は、例えばカウンタ計数方式で求めることができる。すなわち、超音波送信器１２１から発信された超音波信号が超音波受信器１０２・１０３に到達するまでの時間をクロックカウントによって測定し、そのカウント数からクロック周期を乗ずることで信号到達時間が求められる。
【００１１】
上記超音波受信器１０２・１０３のそれぞれにおいて信号到達時間が求まると、これに超音波信号の伝播速度（すなわち、音速）を乗ずることによって、その時点での超音波送信器１２１と超音波受信器１０２・１０３との距離が求められる。また、超音波受信器１０２と超音波受信器１０３との距離は予め認識されている。
【００１２】
こうして、図１４に示すように、超音波送信器１２１と超音波受信器１０２との距離Ｌ_１、超音波送信器１２１と超音波受信器１０３との距離Ｌ_２、超音波受信器１０２と超音波受信器１０３との距離Ｌ_０が得られると、これら３つの距離より超音波送信器１２１の位置を表示パネル１００上の１点の位置座標（Ｘ、Ｙ）にて求めることができる。こうして求められた超音波送信器１２１の検出座標位置がペン先座標位置として用いられる。
【００１３】
上記入力位置（検出座標位置）の演算に係る動作を、図１５および図１６を参照してさらに詳細に説明する。
【００１４】
入力用ペン１２０の超音波送信器１２１から発信された超音波信号は、図１５に示すように、ペン入力用ユニット１０１内の超音波受信器１０２・１０３で受信される。これらの受信波形は増幅回路１０５・１０６によって増幅された後、Ａ／Ｄ変換回路１０７・１０８によってアナログデータからデジタルデータに変換され、到達時間差カウント回路１０９に送られる。
【００１５】
また、赤外線送信器１２２から上記超音波信号と同時に発信された赤外線信号は、ペン入力用ユニット１０１内の赤外線受信器１０４で受信後、増幅回路１１０にて増幅され、この受信波形も超音波信号と同様に到達時間差カウント回路１０９に送られる。
【００１６】
到達時間差カウント回路１０９は、入力された超音波・赤外線信号の波形より信号到達時間を検出し、超音波受信器１０２・１０３のそれぞれで受信した波形に対応する信号到達時間を時間値Ａ・Ｂとして検出処理部１１１・１１２に送信する。
【００１７】
ペン入力用ユニット１０１の到達時間差カウント回路１０９から送信された時間値Ａ・Ｂは、図１６に示すように、検出値処理部１１１・１１２のそれぞれで演算により距離値Ａ・Ｂに変換された後、座標変換処理部１１３にて表示パネル１００上の（Ｘ，Ｙ）座標値に変換され、座標表示処理部１１４によって表示パネル１００上に位置座標表示される。
【００１８】
上述のような超音波ペン入力方式であれば、表示パネル１００の前面に透明タブレットを置く必要がないので、ペン入力時における視差が生じず、また、透明タブレットによる透過率の減少もない良好な表示品位を保ったまま、ペン入力を実現することができる。
【００１９】
【特許文献１】
米国特許第４８１４５５２号明細書
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述のような超音波ペン入力方式における従来の構成では、以下のような問題がある。
【００２１】
例えば、超音波送信器−超音波受信器間の距離が大きくなる（つまり、入力用ペンが超音波受信器から遠ざかる）と、受信される超音波信号の強度が減少し、その検出値にジッタ（検出値がばらつくこと）等の誤作動が発生する。さらに悪い場合には、超音波受信器において超音波信号の受信が全くできなくなり、入力機能が停止するといった不具合が生じてしまう。
【００２２】
この不具合を解決する方法として、超音波送信器の送信強度を上げることが考えられるが、これには以下の２つの問題が存在する。
【００２３】
第１の問題としては、超音波送信器の送信強度を上げることによる、入力用ペンにおける消費電力の増加が挙げられる。上述したように入力用ペンは電池により電力供給されており、電力消費の増加は入力用ペンの連続使用時間が短くなることを意味している。したがって、入力用ペンにおける消費電力の増加は、非常に大きな問題となる。
【００２４】
第２の問題としては、送信強度を上げることで超音波送信器−超音波受信器間の距離が遠距離時の誤作動は減るものの、逆に近距離時における受信波形の信号強度が過剰になることが挙げられる。その結果、受信波形の信号強度の増大によりノイズが増え、超音波送信器−超音波受信器間の距離が近距離時での誤作動が増えてしまうことになる。つまり、上記従来の超音波ペン入力方式では、表示パネルの全入力エリアにおいて誤作動の発生を抑制することは困難である。
【００２５】
これらの問題について図１７〜図１９を参照しながら以下に具体的に説明する。
【００２６】
図１７は、図１２に示すような超音波送信器１２１および超音波送信回路１２４の構成例を示すものである。超音波送信回路１２４は、コイルＬ１、ダイオードＤ１、スイッチング素子ＴＲ、および抵抗Ｒ１を備えて構成されている。また、超音波送信回路１２４内において、コイルＬ１、ダイオードＤ１、スイッチング素子ＴＲ（例えばＭＯＳトランジスタ）は直列に接続されており、マイコン１２６からの制御信号はスイッチング素子ＴＲのＯＮ／ＯＦＦを制御する信号として与えられる。また、超音波送信器１２１は、コイルＬ１に対して、抵抗Ｒ１と共に並列に接続されている。
【００２７】
超音波送信回路１２４において、制御信号がＨｉｇｈ（「１」）の時には、スイッチング素子ＴＲはＯＮになり、電源からコイルＬ１に電力がチャージされる。そして、制御信号がＬｏｗ（「０」）になるとスイッチング素子ＴＲがＯＦＦになり、今度はコイルＬ１にチャージされた電力が超音波送信器１２１に流れ込むことで超音波が発振する。
【００２８】
図１８は、超音波信号の送信および受信に係る各波形を示すものである。
【００２９】
マイコン１２６からの制御信号は、所定時間のＯＮ期間後にＯＦＦされ、この制御信号のＯＦＦに伴って超音波送信器１２１から超音波信号が送信される。この超音波信号における送信波形は、上述したように、制御信号のＯＮ期間にコイルＬ１にチャージされた電力が流れ込むことによって発振するが、この時コイルＬ１は自己誘電によって起電力を発生するものであり、かつ、コイルＬ１には抵抗Ｒ１および超音波送信器１２１（コンデンサの作用をする）が並列に接続されているため、上記送信波形は減衰振動することとなる。
【００３０】
ペン入力用ユニット１０１側では、超音波受信器１０２・１０３および増幅回路１０５・１０６を介して受信した上記超音波信号に対し、その受信波形をＡ／Ｄ変換回路１０７・１０８によってアナログデータからデジタルデータに変換する。
【００３１】
このＡ／Ｄ変換の際には、任意に設定された感度境界値よりも受信波形の振幅値が上か下かで「１」，「０」のデジタル値に変換される。図１８では、感度境界値よりも値が上の場合を「０」、下の場合を「１」としているが、逆でもかまわない。
【００３２】
ここで、上記超音波信号における受信波形を送信波形と比較すると、減衰が生じており、この際の受信波形の減衰度は送信距離や超音波受信器側の感度（増幅率）によって異なる。
【００３３】
図１９は、超音波送信器−超音波受信器間の距離が、▲１▼近距離、▲２▼中距離、▲３▼遠距離のそれぞれの場合における受信波形のアナログデータとデジタルデータとの関係を示したものである。
【００３４】
上述したように、受信波形の減衰度は送信距離や受信器側の感度（増幅率）によって異なるため、近距離時にはＡ／Ｄ変換できていた波形が遠距離時にはＡ／Ｄ変換できず、デジタルデータとして受信できないことが起こりうる。すなわち、図１９に示す遠距離時のアナログの受信波形は、その減衰率が大きいことから最大振幅が感度境界値を下回り、デジタルデータの受信波形がフラットな状態となってしまう。
【００３５】
一方、遠距離時においても信号が届くように超音波送信器１２１の送信強度を上げた場合、消費電力増加の問題に加えて、近距離時における受信波形の信号強度が過剰になることは既に述べたが、これを図２０を参照して説明すると以下の通りである。
【００３６】
図２０は、赤外線受信波形と安定動作時および出力過大時の超音波受信波形を示している（これら２つの状態において、入力用ペンの位置は同じ場所にあるとする）。
【００３７】
赤外線受信波形は、所定周期でのパルス波形を発生させるものであり、このパルス間隔が検出周期となる。上記赤外線受信波形におけるパルス波形は、超音波送信器−超音波受信器間距離の検出におけるトリガとなるが、この検出は上記検出周期間隔で連続して行われる。
【００３８】
この検出周期は短いほど一定時間内に多くのデータが検出できるので、滑らか、かつ追随性のよい良好なペン入力が実現できる。逆に言うと、この検出周期が長くなると、ペン入力の滑らかさ・追随性が低下し、ペン入力の使用感が悪くなる。
【００３９】
安定時の超音波受信波形を見ると、そのデータ長は検出周期内で収まっており、誤作動が生じていないことが分かる。ここで、上記データ長とは、アナログの受信波形をデジタル変換するときに生じるパルス波形の発生部分の長さを示している。
【００４０】
一方、出力過大時の超音波受信波形を見てみると、超音波信号の出力過大によって受信波形の振幅が感度境界値よりも大きくなる時間が増大し、その結果上記データ長が増大している。そして、図２０の例では、「信号到達時間＋データ長」の長さが検出周期よりも長くなっている。その結果、ある検出期間において前検出期間の検出データが残存し、該残存データのパルス波形による信号到達時間の検出、すなわち誤作動を引き起こしている。
【００４１】
このような誤作動を回避するために検出周期を長く取る方法も考えられるが、前述のように検出周期の延長はペン入力の使用感が悪くするため、好ましい解決方法でないことは明らかである。
【００４２】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、超音波ペン入力方式のペン入力表示装置において、消費電力の増大やペン入力の使用感低下を招くことなく、かつ、表示パネルの全入力エリアにおいて誤作動の生じにくいペン入力表示装置を提供することにある。
【００４３】
【課題を解決するための手段】
本発明のペン入力表示装置は、上記の課題を解決するために、入力用ペンを用いた表示パネル上でのペン入力が行え、該入力用ペンが超音波送信手段を有すると共に、該表示パネルに対して固定された位置関係を有する少なくとも２つの超音波受信手段を備えたペン入力表示装置において、上記超音波送信手段と上記超音波受信手段との間の各距離を検出する距離検出手段と、上記距離検出手段の検出結果に基づき、上記超音波送信手段から送信される超音波信号を上記超音波受信手段にて受信する時の受信波形のレベル差を低減する制御を行う受信波形制御手段とを有することを特徴としている。
【００４４】
入力用ペンに超音波送信手段を備えた超音波ペン入力方式のペン入力表示装置では、通常、超音波送信手段と超音波受信手段との間の各距離（超音波送信器−超音波受信器間距離）が大きくなるほど受信側での超音波信号の減衰度が大きくなる。このため、超音波送信器−超音波受信器間の距離が異なることによって、超音波受信手段における受信波形にレベル差が発生する。そして、この受信波形のレベル差によって誤作動が発生するといった不具合がある。
【００４５】
これに対し、上記の構成によれば、上記距離検出手段が超音波送信器−超音波受信器間距離を直接的または間接的に検出し、その検出結果に基づいて、上記受信波形制御手段が上記超音波受信手段における受信波形のレベル差を低減する制御を行うことで、受信波形のレベル差によって生じる誤作動をも低減することができる。すなわち、表示パネルの全入力エリアにおいて誤作動の生じにくいペン入力表示装置を提供することができる。
【００４６】
ここで、上記距離検出手段が超音波送信器−超音波受信器間距離を直接的または間接的に検出するとは以下のような意味である。すなわち、上述のような超音波ペン入力方式において、超音波送信器−超音波受信器間距離は、超音波信号の到達時間差（時間値）を距離値に変換することによって求められるが、上記時間値は超音波送信器−超音波受信器間距離を間接的に示すパラメータであるといえるので、該時間値等を用いて受信波形制御を行うことも可能である。
【００４７】
また、上記ペン入力表示装置においては、上記受信波形制御手段は、上記超音波受信手段の受信感度を制御するものであり、上記超音波送信手段との距離が近い超音波受信手段についてはその受信感度を下げ、上記超音波送信手段との距離が遠い超音波受信手段についてはその受信感度を上げる制御を行う構成とすることができる。
【００４８】
上記の構成によれば、上記受信波形制御手段において、上記距離検出手段の検出結果に基づいて、上記超音波送信手段との距離が近いと判断された超音波受信手段についてはその受信感度が下げられ、上記超音波送信手段との距離が遠いと判断された超音波受信手段についてはその受信感度が上げられる。
【００４９】
このような受信感度制御は、複数備えられる超音波受信手段のそれぞれについて個々に制御を行うことが可能であり、各超音波受信手段において最も適切な受信感度を設定することができる。
【００５０】
また、上記ペン入力表示装置においては、上記超音波受信手段は超音波受信器と該超音波受信器の出力を増幅する増幅回路とからなり、上記受信波形制御手段は、上記超音波送信手段との距離が近い超音波受信手段についてはその増幅回路の増幅率を下げ、上記超音波送信手段との距離が遠い超音波受信手段についてはその増幅回路の増幅率を上げる制御を行う構成とすることができる。
【００５１】
上記の構成によれば、簡易な構成にて、上記超音波受信手段の受信感度制御を行える。
【００５２】
また、上記ペン入力表示装置においては、上記受信波形制御手段は、上記超音波送信手段の送信強度を制御するものであり、上記超音波送信手段と上記超音波受信手段との間の距離が近い時には上記超音波送信手段の送信強度を下げ、上記超音波送信手段と上記超音波受信手段との間の距離が遠い時には上記超音波送信手段の送信強度を上げる制御を行う構成とすることができる。
【００５３】
上記の構成によれば、上記受信波形制御手段において、上記距離検出手段の検出結果に基づいて、上記超音波送信手段と上記超音波受信手段との距離が近いと判断された場合については上記超音波送信手段の送信強度が下げられ、上記超音波送信手段と上記超音波受信手段との距離が遠いと判断された場合については上記超音波送信手段の送信強度が上げられる。
【００５４】
このような送信強度制御は、上記超音波送信手段と上記超音波受信手段との距離に応じて、超音波送信手段の送信強度を無駄のないの適切な大きさに設定することが可能となり、該超音波送信手段における電力消費を抑制することができる。これにより、通常、内部電池にて駆動される入力用ペンの連続使用時間を向上させることができる。
【００５５】
また、上記ペン入力表示装置においては、上記超音波送信手段は、コイル、スイッチ手段、および抵抗を含み、コイルおよびスイッチ手段は直列に接続され、コイルおよび抵抗は並列に接続される送信回路と、該送信回路のコイルに対して並列に接続される超音波送信器とからなり、上記受信波形制御手段は、上記送信回路のスイッチ手段をＯＮ／ＯＦＦ制御する制御信号のＯＮ期間の長さを、上記超音波送信手段と上記超音波受信手段との間の距離が近い時には短くし、上記超音波送信手段と上記超音波受信手段との間の距離が遠い時には長くする制御を行う構成とすることができる。
【００５６】
上記の構成によれば、簡易な構成にて、上記超音波送信手段の送信強度制御を行える。
【００５７】
【発明の実施の形態】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について図１ないし図４に基づいて説明すれば、以下の通りである。先ず、本実施の形態１に係るペン入力表示装置の構成を図２に示す。
【００５８】
上記ペン入力表示装置は、表示パネルに直接ペン入力する入出力一体型の表示装置を例示するものであり、図２に示すように、表示パネル１０、ペン入力用ユニット１１、入力用ペン３０、および表示制御部４０を備えた構成である。図２の構成において、表示パネル１０および入力用ペン３０は、図１６において示した表示パネル１００および入力用ペン１２０と同様の構成である。
【００５９】
すなわち、上記ペン入力表示装置では、表示パネル１０の近傍にペン入力用ユニット１１が配置され、ペン入力用ユニット１１上には２つの超音波受信器１２・１３、および１つの赤外線受信器１４が配置されている。また、入力用ペン３０は、図３に示すように、超音波送信器３１、赤外線送信器３２を有していると共に、そのペン先がスイッチ３３となっている。
【００６０】
尚、ペン入力用ユニット１１における超音波受信器１２・１３および赤外線受信器１４の配置位置は、液晶表示パネル１０の外縁部に配置されるものであれば上記図２の例に限定されるものではない。
【００６１】
表示制御部４０は、ペン入力用ユニット１１における検出結果に基づいて表示パネル１０での表示制御を行うための手段であり、ＣＰＵ等にて具備される。上記表示制御部４０は、検出値処理部４１・４２、受信感度制御部４３・４４、座標変換処理部４５、および座標表示処理部４６を備えている。図２の構成において、検出値処理部４１・４２、座標変換処理部４５、および座標表示処理部４６は、図１６に示す検出値処理部１１１・１１２、座標変換処理部１１３、および座標表示処理部１１３と同様の構成および作用を有するものである。
【００６２】
続いて、上記構成のペン入力表示装置における処理動作を、図１を参照して説明する。図１は、上記ペン入力表示装置において、表示パネル１０の全入力エリアにおいて誤作動の生じにくい高い検出精度を達成するために、ペン入力用ユニット１１における受信感度を調整するための機能に係る構成を示すものであり、入力用ペン３０、ペン入力用ユニット１１、および表示制御部４０における一部の構成を図示している。
【００６３】
入力用ペン３０が液晶表示パネル１０に接触すると、ペン先に内蔵されたスイッチ３３が入り、超音波送信器３１より超音波信号が、赤外線送信器３２より赤外線信号が同時に発信される。そして、超音波信号の発信から受信までにかかる信号到達時間が上記超音波受信器１２・１３のそれぞれにおいて計測される。上記信号到達時間の計測は赤外線受信器１４での赤外線信号の受信をトリガとして計測が開始される。また、上記信号到達時間の計測にはクロックカウントによる測定等が利用可能である。
【００６４】
上記超音波受信器１２・１３において受信された超音波信号は、増幅回路１５・１６によって増幅された後、Ａ／Ｄ変換回路１７・１８によってアナログデータからデジタルデータに変換され、到達時間差カウント回路１９に送られる。
【００６５】
また、赤外線送信器３２から上記超音波信号と同時に発信された赤外線信号は、赤外線受信器１４で受信された後、増幅回路２０にて増幅され、該赤外線信号の受信波形も超音波信号と同様に到達時間差カウント回路１９に送られる。
【００６６】
到達時間差カウント回路１９は、入力された超音波・赤外線信号の波形より信号到達時間を検出し、超音波受信器１２・１３のそれぞれで受信した波形に対応する信号到達時間を時間値Ａ・Ｂとして検出処理部４１・４２に送信する。
【００６７】
到達時間差カウント回路１９から送信された時間値Ａ・Ｂは、図２にも示すように、表示制御部４０における検出値処理部４１・４２および受信感度制御部４３・４４に入力される。検出値処理部４１・４２に入力された時間値Ａ・Ｂは、該検出値処理部４１・４２のそれぞれでの演算により距離値Ａ・Ｂに変換された後、座標変換処理部４５にて表示パネル１０上の（Ｘ，Ｙ）座標値に変換され、座標表示処理部４６によって表示パネル１０上に位置座標表示される。
【００６８】
一方、受信感度制御部４３・４４に入力された時間値Ａ・Ｂは、表示パネル１０の全エリアで誤作動が発生しないようにするための受信感度制御に用いられる。本実施の形態１に係るペン入力表示装置の特徴はこの受信感度制御にあり、以下にその制御方法について詳細に説明する。
【００６９】
本実施の形態１に係るペン入力表示装置では、到達時間差カウント回路１９で処理された時間値Ａ・Ｂが受信感度制御部４３・４４に入力されると、該受信感度制御部４３・４４では、時間値Ａ・Ｂの値に応じて受信感度の値を制御する。つまり、時間値Ａ・Ｂが小さい時（近距離時）には受信感度を落とし、時間値Ａ・Ｂが大きい時（遠距離時）には受信感度を上げるという制御を行う。
【００７０】
具体的には、受信感度制御部４３・４４は、入力された時間値Ａ・Ｂに基づき超音波送信器３１と超音波受信器１２・１３とのそれぞれの距離を判断する。そして、受信感度制御部４３・４４は、その判断結果を感度制御信号Ａ・Ｂ（デジタル値）として出力する。上記感度制御信号Ａ・Ｂは、Ｄ／Ａ変換回路４７・４８にてＤ／Ａ変換され、電圧値とされた感度制御信号Ａ・Ｂ（アナログ値）として増幅回路１５・１６のそれぞれにフィードバックされる。
【００７１】
増幅回路１５・１６は、フィードバックされた感度制御信号Ａ・Ｂの電圧値に基づいて、その増幅率を変化させる。その結果、近距離時には増幅率を下げることで受信感度を下げ、遠距離時には増幅率を上げることで受信感度を上げるといった受信感度制御を行うことができる。
【００７２】
本実施の形態１に係るペン入力表示装置では、上記受信感度制御を行うことで、図４に示すように、超音波送信器−超音波受信器間の距離に関わらず、その受信波形をほぼ同一のレベルに揃えることができる。これにより、上記超音波信号の受信波形をＡ／Ｄ変換回路１７・１８においてアナログデータからデジタルデータに変換する際に、図１９や図２０で示したような不具合が発生せず、表示パネル１０の全エリアで誤作動のない、良好なペン入力を実現することができる。
【００７３】
尚、上記受信感度制御部４３・４４では、到達時間差カウント回路１９から出力される時間値Ａ・Ｂに基づいて感度制御信号の生成を行っているが、本発明はこれに限定されるものではなく、検出値処理部４１・４２から出力される距離値Ａ・Ｂや座標変換処理部４５から出力される（Ｘ，Ｙ）座標値に基づいて感度制御信号を生成することも可能である。
【００７４】
〔実施の形態２〕
上記実施の形態１に係るペン入力表示装置は、超音波送信器−超音波受信器間距離の検出結果に基づき、受信側の受信感度を制御することで受信波形のレベルを表示パネル１０の全エリアでほぼ同一のレベルに揃える構成となっている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、超音波送信器−超音波受信器間距離の検出結果に基づき、送信側の送信強度を制御することによっても受信波形のレベルを揃えることが可能である。これを本実施の形態２において説明する。
【００７５】
本実施の形態２に係るペン入力表示装置の概略構成を図５に示す。
【００７６】
本実施の形態２に係るペン入力表示装置では、図５に示すように、図２に示す構成と比較して、ペン入力用ユニット１１に代えてペン入力用ユニット１１’、入力用ペン３０に代えて入力用ペン３０’、表示制御部４０に代えて表示制御部４０’を備えた構成となっている。
【００７７】
そして、ペン入力用ユニット１１’は、ペン入力用ユニット１１における超音波受信器１２・１３および赤外線受信器１４に加えて、さらに赤外線送信器２１を備えている。また、入力用ペン３０’は、図６にも示すように、入力用ペン３０における超音波送信器３１、赤外線送信器３２およびスイッチ３３に加えて、さらに赤外線受信器３４を備えている。また、表示制御部４０’は、表示制御部４０における受信感度制御部４３・４４に代えて強度制御信号生成部４９・５０を備えている。
【００７８】
続いて、上記構成のペン入力表示装置における処理動作を、図７を参照して説明する。図７は、上記ペン入力表示装置において、表示パネル１０の全入力エリアにおいて誤作動の生じにくい高い検出精度を達成するために、入力用ペン３０’における送信強度を調整するための機能に係る構成を示すものであり、入力用ペン３０’、ペン入力用ユニット１１’、および表示制御部４０’における一部の構成を図示している。
【００７９】
入力用ペン３０’が液晶表示パネル１０に接触すると、ペン先に内蔵されたスイッチ３３が入り、超音波送信器３１より超音波信号が、赤外線送信器３２より赤外線信号が同時に発信される。そして、超音波信号の発信から受信までにかかる信号到達時間が上記超音波受信器１２・１３のそれぞれにおいて計測される。
【００８０】
上記超音波受信器１２・１３において受信された超音波信号は、増幅回路１５・１６によって増幅された後、Ａ／Ｄ変換回路１７・１８によってアナログデータからデジタルデータに変換され、到達時間差カウント回路１９に送られる。到達時間差カウント回路１９には、さらに、赤外線受信器１４にて受信された赤外線信号が、増幅回路２０にて増幅されて入力される。
【００８１】
到達時間差カウント回路１９は、入力された超音波・赤外線信号の波形より信号到達時間を検出し、超音波受信器１２・１３のそれぞれで受信した波形に対応する信号到達時間を時間値Ａ・Ｂとして出力する。ここまでの処理は実施の形態１と同様である。
【００８２】
到達時間差カウント回路１９から送信された時間値Ａ・Ｂは、図５にも示すように、表示制御部４０’における検出値処理部４１・４２および強度制御信号生成部４９・５０に入力される。検出値処理部４１・４２に入力された時間値Ａ・Ｂは、座標変換処理部４５、座標表示処理部４６の処理を経て表示パネル１０の表示制御に用いられるが、その処理は実施の形態１と同様である。
【００８３】
一方、強度制御信号生成部４９・５０に入力された時間値Ａ・Ｂは、表示パネル１０の全エリアで誤作動が発生しないようにするための送信強度制御に用いられる。本実施の形態２に係るペン入力表示装置の特徴はこの送信強度制御にあり、以下にその制御方法について詳細に説明する。
【００８４】
本実施の形態２に係るペン入力表示装置では、到達時間差カウント回路１９で処理された時間値Ａ・Ｂが強度制御信号生成部４９・５０に入力されると、該強度制御信号生成部４９・５０では、時間値Ａ・Ｂの値に応じて入力用ペン３０’からの超音波信号の送信強度の値を制御するための信号を生成する。
【００８５】
つまり、時間値Ａ・Ｂが共に小さい時（近距離時）には送信強度を落とし、時間値Ａ・Ｂが共に大きい時（遠距離時）には送信強度を上げるという制御を行う。また、例えば、時間値Ａが近距離時の値、時間値Ｂが遠距離時の値、という場合には時間値Ａ・Ｂの平均値によって送信強度を決定することも可能である。
【００８６】
具体的には、強度制御信号生成部４９・５０は、入力された時間値Ａ・Ｂに基づき超音波送信器３１と超音波受信器１２・１３とのそれぞれの距離を判断する。そして、強度制御信号生成部４９・５０は、その判断結果を強度制御信号Ａ・Ｂ（デジタル値）として出力する。
【００８７】
尚、強度制御信号生成部４９・５０の動作は、実施の形態１における受信感度制御部４３・４４の動作と実質的には同じものであり、強度制御信号Ａ・Ｂも実施の形態１における感度制御信号Ａ・Ｂ（デジタル値）と同一のものである。したがって、上記送信強度制御部４９・５０では、到達時間差カウント回路１９から出力される時間値Ａ・Ｂに基づいて強度制御信号の生成を行っているが、本発明はこれに限定されるものではなく、検出値処理部４１・４２から出力される距離値Ａ・Ｂや座標変換処理部４５から出力される（Ｘ，Ｙ）座標値に基づいて強度制御信号を生成することも可能である。
【００８８】
上記強度制御信号Ａ・Ｂは、ペン入力用ユニット１１’の赤外線送信器２１より赤外線信号として送信され、入力用ペン３０’の赤外線受信器３４にて受信される。
【００８９】
続いて、入力用ペン３０’での強度制御信号Ａ・Ｂ受信後の動作を、図８〜図１０を参照して説明する。
【００９０】
入力用ペン３０’の赤外線受信器３４にて受信された強度制御信号Ａ・Ｂは、赤外線送信回路３６を介して、該入力用ペン３０’の制御部であるマイコン３７内の送信強度制御部３８に入力される。送信強度制御部３８は、入力された強度制御信号Ａ・Ｂに基づいて超音波送信回路３５に出力する制御信号を変化させ、超音波送信器３１における出力、すなわち超音波信号の送信強度を制御する。
【００９１】
以上より、本実施の形態２においては、時間値Ａから強度制御信号の生成を行う強度制御信号生成部４９・５０、該強度制御信号を入力用ペン３０’に通知する手段としての赤外線送信器２１および赤外線受信器３４、入力用ペン３０’において送信強度の制御を行う送信強度制御部３８が、超音波送信手段の送信強度を制御する受信波形制御手段に相当する。
【００９２】
ここで、超音波送信回路３５の構成は図１７に示す超音波送信回路１２４と同様の構成とすることが可能であり、この場合、送信強度制御部３８から出力される制御信号はスイッチング素子ＴＲのＯＮ／ＯＦＦを制御する信号となる。
【００９３】
そして、送信強度制御部３８は、強度制御信号Ａ・Ｂに基づいて、上記制御信号のＯＮ期間の長さを変化させる。具体的には、図９に示すように、制御信号▲１▼と制御信号▲２▼とを比較すると、ＯＮ期間の長い制御信号▲２▼の方がコイルＬ１にチャージされるエネルギーが大きくなり、超音波送信器３１に流れ込む電力が増大するため、超音波信号の発振強度（すなわち、送信強度）を増大することができる。
【００９４】
すなわち、送信強度制御部３８は入力された強度制御信号Ａ・Ｂより超音波送信器−超音波受信器間距離を判断し、その判断結果に基づいて制御信号を出力することで、超音波の送信強度を制御することができる。具体的には、図１０に示すように、超音波受信器１２・１３側での受信時の減衰度が小さい近距離時には超音波信号の送信強度を下げ、減衰度が大きい遠距離時には送信強度を上げるような制御を行う。
【００９５】
この結果、本実施の形態２に係るペン入力表示装置では、上記送信強度制御を行うことで、超音波送信器−超音波受信器間の距離に対する受信波形のレベル差を低減することができる。これにより、上記超音波信号の受信波形をＡ／Ｄ変換回路１７・１８においてアナログデータからデジタルデータに変換する際に、図１９や図２０で示したような不具合が発生せず、表示パネル１０の全エリアで誤作動のない、良好なペン入力を実現することができる。
【００９６】
本実施の形態２に係るペン入力表示装置においては、入力用ペン３０’の位置に応じて超音波信号の送信強度を調整することから、超音波送信器−超音波受信器間の距離に応じて適切な送信強度に設定することができる。これにより、例えば超音波送信器−超音波受信器間の距離が近い場合などに送信強度が無駄に大きくなることがないので、入力用ペン３０’における無駄な電力消費がなく、効率のよい駆動をすることができる。通常、入力用ペン３０’は内部電池にて駆動されるため、入力用ペン３０’における電力消費の低減により、入力用ペン３０’の連続使用時間を向上させることができる。
【００９７】
また、本実施の形態２に係る駆動の場合、入力用ペン３０’に赤外線受信器３４が搭載されるが、赤外線受信に必要な電力は超音波送信・赤外線送信と比較すると非常に小さく、該赤外線受信器３４を搭載したことによる電力消費は非常に小さい。
【００９８】
尚、上記実施の形態１および２において、表示パネル上に直接ペン入力する入出力一体型の表示装置について記述してきたが、本発明の適用は入出力一体型の表示装置に限定されるものではなく、例えばデジタイザ（工作機械への座標入力等に使用される）などの外部入力装置においても有効である。すなわち、本発明のペン入力表示装置は、少なくとも表示パネル上でペン入力された入力位置座標の検出が行えるものであればよく、検出された入力位置座標を用いて表示制御を行うことは必ずしも必要ではない。
【００９９】
さらに、使用される表示パネルは、液晶表示パネル、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ−ＲａｙＴｕｂｅ）、ＰＤＰ（ＰｌａｓｍａＤｉｓｐｌａｙＰａｎｅｌ）、有機ＥＬディスプレイの表示パネル等が使用可能であり、表示パネルの種類は特に限定されるものではない。
【０１００】
【発明の効果】
本発明のペン入力表示装置は、以上のように、上記超音波送信手段と上記超音波受信手段との間の各距離を検出する距離検出手段と、上記距離検出手段の検出結果に基づき、上記超音波送信手段から送信される超音波信号を上記超音波受信手段にて受信する時の受信波形のレベル差を低減する制御を行う受信波形制御手段とを有することを特徴としている。
【０１０１】
それゆえ、上記距離検出手段の検出結果（超音波送信器−超音波受信器間距離）に基づいて、上記受信波形制御手段が上記超音波受信手段における受信波形のレベル差を低減する制御を行うことで、受信波形のレベル差によって生じる誤作動を低減することができ、表示パネルの全入力エリアにおいて誤作動の生じにくいペン入力表示装置を提供することができるという効果を奏する。
【０１０２】
また、上記ペン入力表示装置においては、上記受信波形制御手段は、上記超音波受信手段の受信感度を制御するものであり、上記超音波送信手段との距離が近い超音波受信手段についてはその受信感度を下げ、上記超音波送信手段との距離が遠い超音波受信手段についてはその受信感度を上げる制御を行う構成とすることができる。
【０１０３】
それゆえ、上述の受信感度制御においては、複数備えられる超音波受信手段のそれぞれについて個々に制御を行うことが可能となり、各超音波受信手段において最も適切な受信感度を設定することができるといった効果を奏する。
【０１０４】
また、上記ペン入力表示装置においては、上記超音波受信手段は超音波受信器と該超音波受信器の出力を増幅する増幅回路とからなり、上記受信波形制御手段は、上記超音波送信手段との距離が近い超音波受信手段についてはその増幅回路の増幅率を下げ、上記超音波送信手段との距離が遠い超音波受信手段についてはその増幅回路の増幅率を上げる制御を行う構成とすることができる。
【０１０５】
それゆえ、簡易な構成にて、上記超音波受信手段の受信感度制御を行えるといった効果を奏する。
【０１０６】
また、上記ペン入力表示装置においては、上記受信波形制御手段は、上記超音波送信手段の送信強度を制御するものであり、上記超音波送信手段と上記超音波受信手段との間の距離が近い時には上記超音波送信手段の送信強度を下げ、上記超音波送信手段と上記超音波受信手段との間の距離が遠い時には上記超音波送信手段の送信強度を上げる制御を行う構成とすることができる。
【０１０７】
それゆえ、上述の送信強度制御においては、上記超音波送信手段と上記超音波受信手段との距離に応じて、超音波送信手段の送信強度を無駄のないの適切な大きさに設定することが可能となり、該超音波送信手段における電力消費を抑制することができる。これにより、通常、内部電池にて駆動される入力用ペンの連続使用時間を向上させることができるといった効果を奏する。
【０１０８】
また、上記ペン入力表示装置においては、上記超音波送信手段は、コイル、スイッチ手段、および抵抗を含み、コイルおよびスイッチ手段は直列に接続され、コイルおよび抵抗は並列に接続される送信回路と、該送信回路のコイルに対して並列に接続される超音波送信器とからなり、上記受信波形制御手段は、上記送信回路のスイッチ手段をＯＮ／ＯＦＦ制御する制御信号のＯＮ期間の長さを、上記超音波送信手段と上記超音波受信手段との間の距離が近い時には短くし、上記超音波送信手段と上記超音波受信手段との間の距離が遠い時には長くする制御を行う構成とすることができる。
【０１０９】
それゆえ、簡易な構成にて、上記超音波送信手段の送信強度制御を行えるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すものであり、ペン入力表示装置の構成の一部を示すブロック図である。
【図２】上記ペン入力表示装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】上記ペン入力表示装置で用いられる入力用ペンを示す図である。
【図４】上記ペン入力表示装置における超音波信号の受信波形を示す波形図である。
【図５】本発明の他の実施形態を示すものであり、ペン入力表示装置の概略構成を示すブロック図である。
【図６】上記ペン入力表示装置で用いられる入力用ペンを示す図である。
【図７】上記ペン入力表示装置の構成の一部を示すブロック図である。
【図８】上記ペン入力表示装置で用いられる入力用ペンの構成を示すブロック図である。
【図９】上記入力用ペンから送信される超音波信号の制御信号および送信波形を示す波形図である。
【図１０】上記入力用ペンから送信される超音波信号の送信波形と該入力用ペンとの位置との関係を示す図である。
【図１１】超音波ペン入力方式を適用した従来のペン入力表示装置を示すものであり、図１１（ａ）はペン入力表示装置の平面図で、図１１（ｂ）は上記ペン入力表示装置で用いられる入力用ペンを示す図である。
【図１２】図１１（ｂ）で示される入力用ペンの内部構成を示すブロック図である。
【図１３】超音波ペン入力方式を適用した上記ペン入力表示装置で用いられる超音波信号の信号到達時間を示す波形図である。
【図１４】超音波ペン入力方式を適用した上記ペン入力表示装置における入力座標位置の算出原理を示す平面図である。
【図１５】超音波ペン入力方式を適用した従来のペン入力表示装置の構成の一部を示すブロック図である。
【図１６】上記従来のペン入力表示装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１７】上記ペン入力表示装置における超音波送信器の構成を示す回路図である。
【図１８】上記ペン入力表示装置における超音波信号の送信および受信動作を示す波形図である。
【図１９】上記従来のペン入力表示装置において、超音波送信器−超音波受信器間が遠距離の場合における誤作動原理を示す波形図である。
【図２０】上記従来のペン入力表示装置において、超音波送信器−超音波受信器間が近距離の場合における誤作動原理を示す波形図である。
【符号の説明】
１０表示パネル
１１・１１’ ペン入力用ユニット
１２・１３超音波受信器（超音波受信手段）
１５・１６増幅回路（超音波受信手段）
１９到達時間差カウント回路（距離検出手段）
２１赤外線送信器（受信波形制御手段）
３０・３０’ 入力用ペン
３１超音波送信器（超音波送信手段）
３４赤外線受信器（受信波形制御手段）
３５超音波送信回路（送信回路）
３８送信強度制御部（受信波形制御手段）
４３・４４受信感度制御部（受信波形制御手段）
４９・５０強度制御信号生成部（受信波形制御手段）

Claims

入力用ペンを用いた表示パネル上でのペン入力が行え、該入力用ペンが超音波送信手段を有すると共に、該表示パネルに対して固定された位置関係を有する少なくとも２つの超音波受信手段を備えたペン入力表示装置において、
上記超音波送信手段と上記超音波受信手段との間の各距離を直接的または間接的に示すパラメータを検出する距離検出手段と、
上記距離検出手段の検出結果に基づき、上記超音波送信手段から送信される超音波信号を上記超音波受信手段にて受信する時の受信波形のレベル差を低減する制御を行う受信波形制御手段とを有することを特徴とするペン入力表示装置。
上記受信波形制御手段は、上記超音波受信手段の受信感度を制御するものであり、上記超音波送信手段との距離が近い超音波受信手段についてはその受信感度を下げ、上記超音波送信手段との距離が遠い超音波受信手段についてはその受信感度を上げる制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のペン入力表示装置。
上記超音波受信手段は超音波受信器と該超音波受信器の出力を増幅する増幅回路とからなり、
上記受信波形制御手段は、上記超音波送信手段との距離が近い超音波受信手段についてはその増幅回路の増幅率を下げ、上記超音波送信手段との距離が遠い超音波受信手段についてはその増幅回路の増幅率を上げる制御を行うことを特徴とする請求項２に記載のペン入力表示装置。
上記受信波形制御手段は、上記超音波送信手段の送信強度を制御するものであり、上記超音波送信手段と上記超音波受信手段との間の距離が近い時には上記超音波送信手段の送信強度を下げ、上記超音波送信手段と上記超音波受信手段との間の距離が遠い時には上記超音波送信手段の送信強度を上げる制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のペン入力表示装置。
上記超音波送信手段は、
コイル、スイッチ手段、および抵抗を含み、コイルおよびスイッチ手段は直列に接続され、コイルおよび抵抗は並列に接続される送信回路と、該送信回路のコイルに対して並列に接続される超音波送信器とからなり、
上記受信波形制御手段は、上記送信回路のスイッチ手段をＯＮ／ＯＦＦ制御する制御信号のＯＮ期間の長さを、上記超音波送信手段と上記超音波受信手段との間の距離が近い時には短くし、上記超音波送信手段と上記超音波受信手段との間の距離が遠い時には長くする制御を行うことを特徴とする請求項４に記載のペン入力表示装置。