JP2004523833A - 近接センサを備えるマトリックス表示装置 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図2
Description
【0001】
本発明は、近接を検知する手段を備えるマトリックス表示装置に関する。こういった装置は、プロセッサとのやりとりが容易な枠組みの中で操作者が情報を送信または受信できるタイプの通信端末の構築に特に使用される。本発明は、液晶、プラズマ、発光ダイオード、電界効果発光型のスクリーンを備える会話型端末のスクリーンに関して特に用途がある。
【背景技術】
【0002】
こういった端末は、装置に1つ以上の透明のタッチエリアを設けることにより構築することが知られており、該タッチエリアは、接触、または、静電効果または誘起効果などに基づくものである。このとき、該エリアの押圧領域は、所望の構成にしたがって該装置によって画定できる。通常、エリアの押圧は操作者の指によってなされる。装置から提供される視覚情報は、タッチエリアが追加型であることによって、画質が低下せざるをえない。
【0003】
この問題を解決するために、EP0340096号では、液晶スクリーンの対向電極の表面を追加型タッチエリアの替わりに使用することが提案されている。該対向電極の表面は操作者の指の表面に対して大きいため、これは静電効果によって指を検知するのに適している。このような実施例は、スクリーンの構築中に予め決められたアイコンや文字を備える液晶スクリーンに適している。例えば、こういったスクリーンは、複数の文字を表示することができ、各文字は7つのセグメントからなり、該セグメントは点灯したり消灯したりできる。
【特許文献1】
EP0340096号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
EP0340096号による実施例では、一方がスクリーンのマトリックスの行を、もう一方が列を画定する2つの電極アレイを備えるマトリックススクリーンでタッチ面を実現することはできない。特に、こういったスクリーンは、検知すべき導電性要素、例えば操作者の指、の表面に対して、対向電極の表面を具備しない。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の目的は、近接検知手段を備えるマトリックス表示装置を単純な方法で実現することである。よって、本発明は、装置の表示領域において導電性要素の近接を検知する手段を備える電子表示装置を対象とする。すなわち、当該電子表示装置は、装置の表示領域近傍に、導電性要素の近接を検知する手段を備える。当該電子表示装置は、さらに、表示領域を走査する行電極と列電極の組と、表示領域に表示されるべき画像に基づいて行電極と列電極の励起を生成する手段とを備える。当該表示装置は、近接検知手段が:
−励起とは別の特定の電気信号を前記電極の組に印加する手段と、
−表示領域近傍に導電性要素が存在すると引き起こされる、特定の電気信号の変形を検知する手段と、
−該検知された変形に基づいて、前記領域の位置を決定する手段と
を備えることを特徴とする。
【0006】
本発明の装置によって、マトリックススクリーンの構築中に押圧領域を固定する必要がなくなる。具体的に言うと、該領域の位置を検知する手段によって、表示領域のすぐ近傍にある導電性要素の存在と位置を検知することができる。押圧領域は、数、寸法および位置の点で制限されることがなくなり、使用中に表示領域全体にわたって位置付けおよび移動させることが可能となる。もちろん、適切な表示によって押圧領域を画定することがいつでも可能である。
さらに、本発明の装置によって、当該装置が表示する視覚情報の画質の低下を防ぐことができる。
【0007】
本発明は、例として挙げられるいくつかの実施例に関する詳細な説明を読むことによって、よりよく理解され、他の利点も明らかとなるであろう。説明を添付の図面に図示する。
【実施例】
【0008】
図1aおよび1bに示したマトリックス表示装置は、重ねて配置された2枚の絶縁板1および2を備える。2枚の板1および2の少なくとも一方は透明である。当該装置は、電気励起により光放射を送受可能な電気光学特性を示す材料からなる層3も備える。該材料は例えば液晶である。装置はさらに、2つの電極アレイ4および5を備える。第一アレイ4は装置のマトリックスの行を定義し、第二アレイ5は装置のマトリックスの列を定義する。図1aには、例として各アレイ4および5のいくつかの電極だけを示した。もちろん本発明は、各アレイの電極の数に関係なく実施できることを理解されたい。情報として、携帯用スクリーンに一般的に使用される表示部では、通常、各アレイは100以上の電極を備える。好適には、電極4および5は、インジウムスズ酸化物を含む材料からなる。該材料には光放射を透過するという利点がある。
【0009】
第一電極アレイ4は板2と層3の間に据えられ、第二電極アレイ5は板1と層3の間に据えられる。層3の電気励起は、各アレイの電極間に電位差を加えることにより起こる。電位差は、例えば、50ないし1000Hz程度の低周波AC電圧によるものである。
好適には、2つのアレイの電極4および5は互いにかみ合っている。より精密には、各アレイについて、2つの電極のうち一方の電極の電気接続ポイントは、対応する板の端近傍にある。同一アレイについて、もう一方の電極の接続ポイントは、同一の板の反対側の端にある。これにより、当該装置では、接続ポイント間に間隔をあけることが可能となり、結果的に2つの隣接する接続間の絶縁を増大させることが可能となる。導電性要素の位置の検知を改善するために電極を互いにかみ合う構造とすることによる利点は、後述する。
【0010】
図2を用いて説明する第一の変形例では、行電極と列電極はそれぞれ別個のアレイを形成する。近接検知用に少なくとも1つのアレイが選択される。前記領域の位置を決定するための手段が、選択されたアレイに介在している変形のレベルに基づいて、該位置を決定する。
より精密には、例えば、電極アレイ4を感知要素として使用する。表示領域はタッチ面6を形成する。当該装置は、電極アレイ4に印加される特定の電気信号を生成するための電子手段7を備える。該特定の電気信号は、液晶の状態を修正するために2つのアレイの電極4と5の間に加えられる電気励起とは異なる。好適には、該特定の電気信号は、周波数が約100KHzを超える高周波信号である。当該装置はさらに、例えば操作者の指などの導電性要素が電極アレイ4に近接したことによって起こる電気信号の変形を検知可能な電子手段8を備える。
【0011】
電子手段7は、例えば、500Ωないし数kΩ程度の値を有し得るインピーダンス9を介して電極4に接続される。電気信号が電極4に印加されると、その動作を、該特定の電気信号の周波数において値が数百kΩ程度のインピーダンスの動作と比較することができる。一方、導電性要素が電極4近傍にあるときは、該導電性要素が、値の低いインピーダンスとして動作する。この値は、例えば10kΩまたはそれ以下にまで落ち得る。この値は、電極4に沿う導電性要素の位置に依存する。ここでは、高周波電気信号が印加されたとき、電極4は、ゼロではないラインインピーダンスを有するという事実を利用する。導電性要素が電極4の端10(インピーダンス9に最も近い端)に近いほど、インピーダンス値は減少する。逆に、導電性要素が他方の端11、いわゆる「アウトボードの端」に近いほど、電極のインピーダンスは増大する。具体的には、電極4は、端10と導電性要素の検知ポイントが距離的に離れるほど抵抗が増大する抵抗ラインを形成する。
【0012】
よって、電極4のインピーダンスの変化を測定することにより、電極4に沿う導電性要素の位置を決定することができる。この測定は、インピーダンス9と電極4の間で、特定の電気信号の変形を電子手段8を用いて検知することによって間接的になされ得る。これら電子手段は、例えば、入力部13がインピーダンス9と電極4の間に接続されている振幅復調器12を備える。振幅復調器12の出力部14は、特定の電気信号の変形を表す信号を中央装置15に供給する。中央装置15は、振幅復調器12からの信号を、保存されている数値表と比較することができる。該数値表は、電気信号の変形と、電極4に沿う導電性要素の位置との対応性を示すものである。
【0013】
電気信号の変形とその検知を、単一の電極4に関して説明し、これにより該電極4に沿う導電性要素の位置決めが可能になることを述べた。さらに、タッチ面6に対する感知要素の位置を完全に決定するには、導電性要素がアレイのどの電極4に沿って位置しているかを知る必要がある。
関与している電極4の決定は、各電極4についてインピーダンス9と特定の電子手段8を使用することで行うことができる。この解決法は扱いやすく、好適には、電気信号がアレイの様々な電極に同時ではなく順次印加される。これにより、複数の電極4を、信号が順次印加される一組の電極4としてまとめ、インピーダンス9と手段8をその電極に共通のものとして使用することが可能となる。1つのアレイには、電極4の組が一組以上あってよい。
検知の冗長性が改善され得る。具体的には、マトリックス表示部は、図1aを用いて説明したように少なくとも2つの電極アレイ4および5を備える。これら2つのアレイを、タッチ面の感知要素として用いることが好適である。例えば直交する2つの電極アレイ4および5を用いると、タッチ面6近傍に位置する導電性要素の寸法を決定することがさらに可能となる。具体的には、導電性要素によって影響を受けている各電極4および5が、該電極の端10と導電性要素の先端との距離を決定することができる。
【0014】
第二の変形例では、2つの電極アレイ4および5を、電極4または5の端10と導電性要素との距離を決定させることはせず、より単純に使用することも可能である。特定の電気信号が、電極4と電極5の双方に印加される。中央装置15は、前記領域の位置を決定するために、前記変形が閾値を越えている少なくとも1つの電極4と少なくとも1つの電極5に基づいて該位置を決定する。
この場合、導電性要素が電極4または5近傍に存在しているか否かを決定するだけである。導電性要素が検知されている少なくとも1つの電極4と少なくとも1つの電極5を把握することによって、その位置が、デカルト基準座標系において決定される。該座標系の測定ユニットは、一方向については電極4、もう一方の方向については電極5である。次に、特定の電気信号が電極4および5の行と列に印加され、中央装置15が、特定の電気信号の変形が閾値を越えている少なくとも1つの電極4と少なくとも1つの電極5に基づいて導電性要素の位置を決定する。その結果、振幅復調器の実施例が単純化される。中央装置15に、変形された特定の電気信号による閾値の超過の有無に関する情報アイテムを送達するだけでよい。
【0015】
図3を用いて説明する第三の変形例では、表示装置は、電極アレイ4と、電極アレイ5と、表示部を駆動する手段16を備える。当該変形例では、手段7(図3には図示せず)によって生成された特定の電気信号が、少なくとも1つの行電極4と少なくとも1つの列電極5に同時に印加される。行電極4と列電極5の連結が、導電性要素が行電極4と列電極5の交差点近傍にあるとき、変形される。特定の電気信号は、2つの電極アレイ4および5からなる組に、対角線に沿った方向に印加されていくのが好ましい。
より精密には、電極4は、4−1から4−nまでの連続番号を有する。同じことが電極5にも当てはまり、5−1から5−pまでの連続番号を有する。pとnは整数である。電気信号は、4−1から4−nへと電極4に順次印加され、同時に、5−1から5−pへと電極5に順次印加される。電気信号は、少なくとも1つの電極4と少なくとも1つの電極5に同時に印加される。電極4と電極5の連結は、導電性要素が電極4と電極5の交差点近傍にあるとき、変形される。これらの連結は、これら2つの電極間に形成されたインピーダンスを表す。シーケンスの最初、電気信号は、電極4−1と電極5−1に印加される。続いて、電気信号は電極4−2および5−2という順に印加される。nとpの数が同じなら、当該シーケンスは、その数に達するまで続く。それらの数が異なっている場合、例えばpがnより大きいとき、電気信号は電極4−iと電極5−jに印加され、次は、再び電極4−iと電極5(j+1)に印加される。iは、1からnの間の整数であり、jは1からpの間の別の整数である。このように電気信号を電極4のうちの1つに二重に印加することは、シーケンスの最後に電気信号が電極4−nと5−pに印加されるように、必要な回数だけ繰り返される。二重印加が複数回必要な場合、実質的に1からnの間の電極4−iが選択される。よって、表示領域の対角線、できれば両方の対角線を横切ることが可能となる。
【0016】
こうして、電極4と電極5の連結のおかげで、マップ位置付けを可能とする測定値が得られる。より精密には、マップは、電気信号のレベル、できれば、同時に電気信号が印加される電極4および5の各組についての、導電性要素の存在によって変形された電気信号のレベルを保存する。これらのレベルを完全に揃えたものが、いわゆる電流テーブルである。電流テーブルは、その後、それぞれが表示領域近傍の導電性要素の検知可能な位置を示す複数の予め記録されたテーブルと比較される。電流テーブルの値が、予め記録されたテーブルの値とほぼ同一である場合、導電性要素の位置はそこから推測される。このマップは、近接検知表面が連続的であるかのように出願人セクスタン アビオニクによるFR2757659号に記載の方法を利用して、用いることもできる。
【0017】
電子手段8によって検知される電気信号の変形は、レベルが低く、例えば電気干渉などの多数の現象によって乱されることがある。この問題を緩和するために、当該表示装置は、手段8によって検知される電気信号の変形を統合することができる電子手段を備えることが好ましい。これらの電子手段は中央装置15からなってよい。統合は、複数の隣接する電極から達成される。実際は、タッチ面による作用を意図して使用者が指を表示部に置いたとき、その指は複数の電極4、例えば10ないし30の電極4を覆う。したがって、1つの電極4だけ、さらには、例えば5つの電極4といった非常に制約された数の隣接する電極4に介在する電気信号の変形は考慮に入れなくても、何の影響もない。よって、中央装置15は、変形が少なくとも一定数の隣接する電極4に関する場合にのみ、隣接する電極4に介在する電気信号の変形を、導電性要素の存在によるものとして解析する。よって、電極4の数は、それらの間隔によって決定される。同様に、より多数の近隣ではない電極4に介在する電気信号の変形も考慮に入れられない。
【0018】
先述の第一の変形例において、導電性要素の存在による変形のレベルは、電極4に沿う導電性要素の位置に依存することを説明した。故に、複数の隣接する電極4に介在する電気信号の変形の解析に、さらなる条件を付与することができる。したがって、中央装置15は、変形が実質的に同一レベルの場合にのみ、隣接する電極4に介在する変形を、導電性要素の存在によるものとして解析することができる。
【0019】
好適には、特定の電気信号は、様々な電極4または5に順次印加される。これにより、隣接する電極同士、特に同一アレイの電極同士の連結を避けることができる。具体的には、導電性要素が近接することにより、その近傍に位置する電極のインピーダンスが変形する。この変形は一般的に非常に弱く、2つの電極が連結すると該変形が隠されることがあるので、隣接する電極同士の連結は避けたほうがよい。
【0020】
さらに、第一の変形例の使用において、変形のレベルは、低下する場合、電極4に沿う導電性要素の位置の一次関数ではないことが注記された。より精密には、電極4に沿う導電性要素の移動が同一である場合において、電気信号のレベルの変化は、電極4の端11(つまり電極4の自由端)よりも、端10(インピーダンス9に最も近い端)でのほうが大きい。その結果、電極4に沿う導電性要素の位置測定の感度は、端10近傍でのほうが良好である。
この欠点を解消するために、感知要素として使用される1または複数の電極アレイ4を、互いにかみ合う構造とすることができる。こういった構造では、複数の隣接する電極4に沿う導電性要素の正確な位置が、該導電性要素が端10に最も近い電極4とともに、得られる。
【0021】
第一の変形例において、互いにかみ合う構造とすることによって、複数の隣接する電極4に沿う感知要素の位置測定の冗長性を増加することも可能となる。互いにかみ合う構造とすることによって、さらに、タッチ面6上で複数の隣接する電極4に近接して同時に置かれた2つの導電性要素を区別することも可能となる。具体的には、タッチ面6の一方の端近くに位置する端10で接続された電極4によって、該端10に最も近い導電性要素の位置を決定することができる。その一方で、タッチ面のもう一方の端近くに位置する端10で接続された電極4によって、もう一方の導電性要素の位置を決定することができる。
さらに、影響を受けた電極の組によって、これらのアレイがかみ合う構造である場合、導電性要素の輪郭を画定することができる。操作者がタッチ面6上に手と指を両方置いたとき、中央装置15は、例えば指だけを考慮に入れ、手を考慮しないように、手の輪郭と指の輪郭を画定する情報を使用することができる。
【0022】
導電性要素は操作者の指であり得ることを先述した。変形例として、導電性要素は操作者が保持する導電性のペンであってもよい。操作者は、このペンの先端を表示部上に置くことができる。好適には、ペンの先端の表面領域は、複数の隣接する電極4または5を覆うのに十分である。ペンの、装置上に置かれる端部と、操作者が保持するその本体との間には導電性がある。こうして、静電効果により、対象の電極に印加される電気信号を変形することができる。あるいは、ペンは、ワイヤ接続により、電気信号を生成する手段7のアースに接続されてもよい。
好適には、特定の電気信号は、100kHzを超える周波数を有する。これにより、静電効果を利用して、表示領域近傍に導電性要素が存在することを検知できる。
【0023】
好適には、装置は表示部を駆動するための手段16を備える。該手段はドライバとして知られている。手段16は、表示部について選択された電極4に、特定の電気信号と励起電圧22を印加するためのマルチプレクサ17を備える。これにより、周期的に近接検知をするために選択された電極に、特定の電気信号を印加することができる。より精密には、特定の電気信号は、所定の順序で選択された電極の組に順次印加されていき、該印加は、導電性要素の近接を検知するまで同一の順序で繰り返される。
表示部を駆動するための手段16の実施例を図4に示した。手段16は、出力部18が電極4の端10に接続されているマルチプレクサ17を備える。当然、手段16は電極5についても使用できる。マルチプレクサは、電源と接続されている2つの入力部19および20を備える。表示部を実行するために選ばれた電極4に、マルチプレクサ17から送られる電圧22は、インピーダンス21を介して入力部19で得られる。表示部を実行するために選ばれたのではない電極4に、マルチプレクサ17から送られる電圧24は、インピーダンス23を介して入力部20で得られる。電圧22と24は、層3に電気励起を形成する。入力部19は、手段16に属するインピーダンス9にも接続されている。該入力部19は、複数の手段16に共通の手段8にも接続されている。よって、手段8は手段16の外側にある。インピーダンス9と21は、手段7から送られる電気信号と、選択された電極4に送られる電圧によって形成される電気励起との重畳を可能とする。マルチプレクサ17はさらに、該マルチプレクサを制御する入力部25を備える。該入力部25には、手段7から生じる電気信号と電圧22をインピーダンス9と21を介して受ける電極4を選択することを可能とする信号が流れるリンク26が接続されている。
【0024】
表示部を駆動するための手段の変形例を図5に示した。該変形には参照番号30を付す。先述したように、手段30は、マルチプレクサ17とインピーダンス9、21および23を備える。マルチプレクサ17は、インピーダンス21を介して入力部19で電圧22を受け、インピーダンス23を介して入力部20で電圧24を受ける。マルチプレクサはまた、入力部25でリンク26も受ける。さらに、手段30は、特定の電気信号を生成する電子手段7と、好適には電子手段7と同調する振幅復調器12と、AD変換器31と、アドレス指定マーカ32を備える。AD変換器31は、振幅復調器12から発生される変形を示す情報アイテムを受信し、デジタルの情報アイテムを、手段20の外側にある中央装置15に提供する。アドレス指定マーカ32は、マルチプレクサ17から情報アイテムを受信し、よって電気信号を受信している電極4を特定することが可能となる。アドレス指定マーカは、該情報アイテムを、中央装置15に送信できるように適応させる。よって、中央装置15は、AD変換器31から生じる変形された電気信号と、対象の電極4とを関連付けることができる。
【0025】
先述した図4と図5では、リンク33によって中央装置15をマルチプレクサ17に接続し、中央装置15がマルチプレクサ17を制御できるようにすることが可能である。リンク33は、各マルチプレクサ17を制御装置15に接続する。リンク33は、マルチプレクサ17の組を同じく中央装置15に接続するリンク26を補完する。好適には、マルチプレクサ17は、リンク26によって連鎖状に接続されている。
【0026】
好適には、特定の電気信号は、励起に重畳される。これにより、特定の電気信号を対象の電極に印加するために、表示部に必要な励起を干渉することがなくなる。
【0027】
ある種、例えば双安定型の表示装置では、表示部に必要な励起は、定期的にではなく、表示部が変形されたときにのみ電極に印加される。よって、特定の電気信号は、励起が電極4または5に印加されていないときに該電極に印加され得る。具体的には、表示部を駆動するための手段16または30に、電圧22と24を入力部19と20に印加する、またはこれらの入力部19と20をアース35に接続することを可能にする無効スイッチ34を設けることができる。無効スイッチ34を図5に示した。いずれにせよ、入力部19は手段7に接続されたままである。無効スイッチ34は、リンク26に流れる信号によって制御される。入力部がアースに接続されているとき、特定の電気信号を電極4に印加できるように、リンク33は依然としてマルチプレクサ17を制御可能なままである。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【図1】図1aは、マトリックス表示装置の構造の前面図である。図1bは、当該装置の側面図である。
【図2】電極アレイの1つに関連する本発明の手段を示す。
【図3】行電極と列電極を用いた本発明の実施例を示す。
【図4】本発明に適した、装置駆動手段の実施例を示す。
【図5】同じく本発明に適した、装置駆動手段の別の実施例を示す。
Claims (16)
- 装置の表示領域近傍において導電性要素の近接を検知する手段と、表示領域を走査する行電極(4)と列電極(5)の組と、表示領域に表示されるべき画像に基づいて行電極と列電極の励起を生成する手段とを備える電子表示装置であって、近接検知手段が:
−励起とは別の特定の電気信号を前記電極の組に印加する手段(7)と、
−表示領域近傍に導電性要素が存在すると引き起こされる、特定の電気信号の変形を検知する手段(8)と、
−該検知された変形に基づいて、前記領域の位置を決定する手段(15)と
を備えることを特徴とする装置。 - 行電極(4)と列電極(5)がそれぞれ別個のアレイを形成することと、近接検知用に少なくとも1つの電極アレイ(4)が選択されることと、前記領域の位置を決定するための手段(15)が、選択されたアレイ(4)に介在している変形のレベルに基づいて、該位置を決定することを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 特定の電気信号が、行電極(4)と列電極(5)の双方に印加されることと、前記領域の位置を決定するための手段(15)が、前記変形が閾値を越えている少なくとも1つの行電極と少なくとも1つの列電極に基づいて該位置を決定することを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 電気信号が、少なくとも1つの行電極(4)と少なくとも1つの列電極(5)に同時に印加されることと、行電極(4)と列電極(5)の連結が、導電性要素が行電極(4)と列電極(5)の交差点近傍にあるときに変形されることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 特定の電気信号が、対角線に沿った方向に向かって前記電極の組に印加されていくことを特徴とする請求項4に記載の装置。
- 電気信号が、表示領域の2つの対角線に沿って印加されていくことを特徴とする請求項5に記載の装置。
- 前記領域の位置を決定するための手段(15)が、変形が複数の隣接する電極(4,5)に介在しない限り、それらの変形を考慮しないことを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載の装置。
- 特定の電気信号が、様々な電極(4,5)に順次印加されることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の装置。
- 電極(4,5)が互いにかみ合うことを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1項に記載の装置。
- 導電性要素がペンであることを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1項に記載の装置。
- 特定の電気信号が、100kHzを超える周波数を有することを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1項に記載の装置。
- 当該装置が、表示部を駆動するための手段(16,30)を備えることと、該手段(16,30)が、表示部について選択された電極(4)に、特定の電気信号と励起電圧(22)を印加するためのマルチプレクサ(17)を備えることを特徴とする請求項1ないし11のいずれか1項に記載の装置。
- 表示部を駆動させるための手段(30)が、さらに、特定の電気信号を生成する電子手段(7)と、振幅復調器(12)と、AD変換器(31)を備え、振幅復調器(12)は、特定の電気信号を受信し、前記変形を示す信号をAD変換器(31)に提供することを特徴とする請求項12に記載の装置。
- 近接検知のために選択された電極(4,5)が、電気信号を周期的に受信することを特徴とする請求項1ないし13のいずれか1項に記載の装置。
- 特定の電気信号が、励起に重畳されることを特徴とする請求項1ないし14のいずれか1項に記載の装置。
- 特定の電気信号が、励起が電極(4,5)に印加されていないときに、該電極(4,5)に印加されることを特徴とする請求項1ないし14のいずれか1項に記載の装置。
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