JP2011513820A - 表示面とこれに組み合わせた制御装置 - Google Patents

Abstract

この発明は、ディスプレイ表示面とこれに組み合わせたデータ処理システム用の制御装置に係るものであり、ディスプレイ表示面には感光素子が組み込まれている。感光素子は、光活性有機材料でできた層（５、１５）をベースとした平板状のポジション検出子を構成し、その両面は平らな電極（２、１２、６、１６）によって接続されており、その中の少なくとも１本の電極は回路内部で比較的高い電気抵抗を持っており、この導電性の低い電極板（２、１２、１６）を流れる電流は、互いに間隔を取った数多くの接続点で測定されることから、感光層（５、１５）を通る際に光吸収によって局所的に導通する接続状態が生じるとの帰納的推論が可能となる。発光式ポインタ（１０２）は、ディスプレイの表示面（１０１）上に光ビームを生成し、この光ビームはポジション検出子によって検出可能であり、データ処理ユニット（１０４）に伝送される。
【選択図】図５

Description

本発明は、表示面と、これに組み合わせたデータ処理装置用制御装置に関する。

一例として、ＥＰ１６９６３００Ａ１は、いわゆる光学式のジョイスティックについて述べている。回動自在に支軸されているレバーは、一端に光源を具えており、この光源は、感光セルのアレイが設けられているパネルの特定の領域でレバーポジションに応じて光る。通常、この光によってセルで生成された電気信号をコンピュータが読み込んで解釈し、ジョイスティックが電気抵抗によってポジションを読み込むジョイスティックと同じ効果を、コンピュータ上でユーザの観点から有している。一般的に、ジョイスティックはコンピュータ画面上でカーソル・シンボルを動かすのに用いられ、画面上のどの場所にどの機能が設定されているかに応じて、カーソルがそこに在る場合にスイッチや入力キーを操作することによって特定のアクションが起動されるようになっている。カーソルのレバーによって照射される感光セルは、操作している人間には通常見えない。適宜設計された、小さな面積の感光セルで十分である。

ＤＥ６０３０１２２６Ｔ２とＤＥ６９８２８４１２Ｔ２は、銃砲を模していながら銃弾発射に代わって単にレーザ光線の短い衝撃を標的の円盤に「射撃」する射的装置について述べている。標的の円盤は、感光セルを具える平面であり、例えば、約１平方デシメートルに１５×１５のセルが網目状に配列されている。レーザ光線が１つあるいは複数のセルに当ったことが当該セルによって電気的に検出されて射手近傍で画面上に表示され、何らかの判定のために命中精度をコンピュータに記録しておくことが可能である。

ＵＳ２００７／０１７６１６５Ａ１は、光が当った点を検出するための感光性の有機半導体に由来するポジション検出子の構成を示している。平板状に作られた検出子は複数の層で構成されている。ガラスあるいはフレキシブルな有機素材でできた基板上に、第１の平らな電極が配置され、これは電気抵抗が高い。この上に、光電効果を有する有機物からなる層が続き、その内部にドナー層およびアクセプタ層が互いに隣接している。この上には、更に平らな電極があり、それは当然のことながら電気抵抗が低い。これらの電極の縁では、光活性物質が２個から８個の点もしくは直線状になった、相互に間隔を取った接続用の電極が設けられている。スペクトルが適当な光束が光活性物質層の１点に当ると、個々の接続電極板を通って電流が流れる。個々の接続電極における電流の大きさから光線が当った点への接続電極の近接を推測して、三角法によって光線が当った点を算出することが可能である。

これに先行する技術は、ＤＥ６９８０５７００Ｔ２に示されている。しかしながら、ここでは、感光物質は非晶質シリコンであり、その配列は２つの接触電極を具えているだけで、従って、１次元ポジション認識だけに使用されている。

ＵＳ７００９６６３Ｂ２は、液晶を装備した画面を示しており、それは多数の感光セルによって構成されていて、これを使って周辺光を検知し、周辺光の状態に合うように、表示画像の輝度を最適に調整できる。

ＵＳ２００５２４８２６４Ａ１は、ＯＬＥＤディスプレイ（すなわち、「有機発光ダイオード」に由来するディスプレイ）を示しており、このディスプレイは層を具え、周辺光の変化や経年におけるディスプレイ自体の発光特性が変化するにもかかわらず最適なディスプレイを提供するために、この層を使って自体の光と周辺光を測定する。

ＵＳ２００５２７０２６０Ａ１は、感光素子と発光素子を具えるプロジェクタ・スクリーンを示す。プロジェクタから届く光を感光素子によって計測し、発光素子が届いた光を増幅して強化する。従って、従来型のプロジェクタ・スクリーンに比べると、電気的に取り込み可能発光電力がプロジェクタからプロジェクタ・スクリーンに移る。

ＥＰ１６８０７３２Ａ２は、発光式ポインタを使ってカーソルを制御できるスクリーンを示しており、従って入力動作も可能である。このため、スクリーンの個々のピクセルは、通常の色情報のみならず、見ている人間の目には分からない視覚的なパターンも一緒に送り、スクリーン上にこのピクセルの配置が表示される。「発光式ポインタ」として機能する機器は、それ自体が発光する必要がなく、それに代わって、光学センサが設けられており、機器が「示している」スクリーン領域において表示しているパターンを認識できる。このシステムは、スクリーンピクセルの特別な動作と特別な発光ポインタを必要とする。

本発明者は、データ処理装置用のディスプレイ表示面とこれに組み合わせた制御装置を提供する課題に取り組んでおり、発光式ポインタを用いてディスプレイ表示面上でカーソルを制御して、データ処理装置へ入力することが可能である。ＥＰ１６８０７３２Ａ２の構成に比べて、ここで提供されている装置は、より柔軟性があり、製造コストが安く、より複雑でないソフトウェアで操作可能であり、そしてディスプレイ表示面からの距離が離れていても良好に動作する。

この課題を解決すべく、ディスプレイ表示面が、基本的にＵＳ２００７／０１７６１６５Ａ１に記載されているような、感光有機半導体を具えるポジション検出子で占められており、信号はこのポジション検出子によってデータ処理装置に入力することが、提案されている。このパネルは、スクリーンパネルまたはプロジェクタパネルであってもよい。例えばレーザ・ポインタあるいは集光型発光ダイオードなどの、発光式ポインタを用いてディスプレイ表示面を照射すると、発光式ポインタからの光ビームがディスプレイ表示面に当る小さなエリアの座標は、ポジション検出子を使ってデータ処理装置によって認識される。データ処理装置上で稼動する処理システムは、ディスプレイ表示面上で、カーソル位置、すなわち、通常なら「マウス」によって移動する挿入マーカー、カーソルまたは入力マーカーと、これらの座標によって関連付けられる。

ここで述べている検出子は、大画面用に比較的コストを安く製造することができる。ディスプレイ表示面の前側に検出子を配置する場合には、全体を透明な素材で作ることができる。また、それ自体をプロジェクターパネルとする場合は、外観を白色または銀色にすることができる。必要があれば、プラスチックフィルムのように機械的に柔軟な設計にすることもできる。これによって殆ど全ての市販のディスプレイに取り付けることが可能となる。ディスプレイ表示面が透明な場合は、その裏側に取付けることもできる。

周辺光と、とりわけディスプレイ表示面またはプロジェクタで決められたとおりに発する光とが、カーソルを規定するための発光式ポインタから照射された光が当たる点として、誤って判断されてはならないとの問題は、当然に考慮しなければならない。これは基本的に次の３つの方法によって回避することができる。
・検出子で検知し発光式ポインタが動作する光スペクトル領域を、周囲からの光もしくはディスプレイ用に用いる光のスペクトルとは異なるようにする。
・発光式ポインタからの光線を周波数エンコードする、すなわち、その強度を特定周波数で徐々に変動させる。この周波数は、通信手段を用いて、ポジション検出子からの信号をフィルタリングする。
・発光式ポインタからの光に、非常に狭いスペクトル領域において非常に高いスペクトル出力密度を付与する。ポジション検出子は、先ず、可能な限り正確にこのスペクトル領域を選択し、そこで検知された信号の範囲内で、その強さが所定の境界レベル以上である信号をカーソルポジションを示すものと認識する。

本発明によるポジション検出子の構成は、図面では、簡素化されて例示的に示されている。
図１は、本発明に従って用いることができる例示的なポジション検出子の正面図である。 図２は、図１に示すポジション検出子の側面図である。ここでは、層の厚みは、便宜的理由でここではその比率に応じることなく、拡大して描かれている。 図３は、本発明に従って用いることができる第２の例示的ポジション検出子の正面図である。 図４は、図３に示すポジション検出子の側面図である。ここでは、層の厚みは、便宜的理由でその比率に応じることなく拡大して描かれている。 図５は、本発明を適用する際の機器構成と配置を例示している。

図１および図２に示すように、プラスチックフィルム又はガラス板などの、電気的に絶縁された透明な基板１には、例えば、透明あるいは半透明の平らな電極２が配置されており、これは「導電性が良くない」、つまり導電性素材で作られてはいるがシステム内部の電気抵抗は有意に高い。このような「導電性が良くない電極板」は非常に薄い金属膜や、透明で導電性の酸化物（ＴＣＯ）、あるいは導電性ポリマーでもよく、あるいは、カーボン・ナノチューブ・ネットワークであってもよい。この電極の層厚は、電流が流れるときに、表面抵抗がそれぞれの回路で相当の電圧降下を起こすように設定される。２つの接点対３、４は、導電性が良くない電極板２を外部回路に接続している。２つの接点対３、４は、互いに対角線上に位置している（図１）。

「導電性が良くない電極板」２に接していて、それと導通して接続されている層は、光活性有機半導体層５である。この層は、光伝導体あるいは光起電性の活性素子であってもよい。これは、光吸収によって電気抵抗が弱まるか、あるいは、層の境界間で電圧が発生し得ることを意味している。前者の場合には、外部から電圧がかかると電流が流れ、後者の場合には、外部のループを経由する回路が閉じることによって、電流が流れる。

光活性有機半導体層５の第二の面には、この面に導通する平らな電極６が設けられており、電極６は、回路中の他の構成要素と比べると理想的に電気抵抗が低い。これは金属層や導電性ポリマーあるいは導電性酸化物であってもよく、またカーボン・ナノチューブ・ネットワークで作ることもできる。電極６を電極２と同じ素材で作る場合は、電極６は基本的に電極板２よりも厚くすべきである。電極６の導電性は、電極６に接触しており、電極６に導通する導電性の高い金属でできたリード線あるいはフィルムで支持されている。電極６は、接点７によって外部回路と接続されている。

適切な波形スペクトルを持つ光ビームが光活性有機半導体層５の１点に当ると、導電性が良くない電極２を通って接点３、４に電流が流れる。電極２の電気抵抗によって、個々の接続電極に流れる電流の強さは、光ビームが当った地点への近さに大きく依存している。これは、個々の電流の強さを測定することで光ビームが当った地点を推測できることを意味する。この点に関する技術は公知であるため、これについての詳説は行わない。単なる実験室レベルの検証では、簡単でコストのかからない方法で、光ビームが当る１６個の異なるエリアを確実に識別する解像度の、一辺が５ｃｍの正方形のポジション検出子を作ることが可能である。これを更に完璧にすることによって、解像度を有意な度合いに改善することが可能である。ポジション検出子の表面積が小さくなると、当然にこの解像度も改善される。

図３および図４は、本発明によって使用することができるポジション検出子の第２の構成を示す。

各層の構成は次のとおりである。基板１１上には導電性の良くない平らな電極１２が乗り、続いて光活性有機半導体層１５、続いて更に導電性の良くない平らな電極１６が設けられている。光活性有機半導体層１５の両面に配置された導電性の良くない平らな電極１２、１６は、電極側に延在する２つの対向する接続部１３、１４によって、外部回路と電気的に接続されている。この場合、１の電極につき２本有る接続部間の接続ラインは、第２の電極の２つの接続部間の接続ラインに対して延びている。これによって、１の電極の２つの接続部間で電流が分割し、それぞれ正確に、検出面の光ビームが当る点の距離の方向成分に結合できる。

図５においては、一例として、本発明の望ましい適用例が示されている。プロジェクタ１０３は、データ処理装置１０４で測定した画像をプロジェクタ領域１０１に照射する。プロジェクタ領域１０１は、白い半透明な前側層と、図１乃至図４に示す素子として作ることができる、隣接して配置されたグリッド状のポジション検出子を具える後側層を具える。個々のポジション検出子によって提供される検出結果は、直接的にあるいはデータ伝送路を経由してデータ処理装置１０４に送られる。例えばレーザ・ポインタのような、すなわち集束光線を発することができる機器である、発光式ポインタ１０２を用いて、プロジェクタ領域１０１上の小さなエリアを照らす。このようにプロジェクタ領域１０１上に作られた光スポットの座標は、データ処理装置１０４用のポジション検出子によって認識することができる。次いで、データ処理装置はこの座標にカーソルを関連させる。カーソルはこの発光式ポインタによって、通常コンピュータのマウスを使って行われるように、プロジェクタ領域１０１上で正確に移動できる。従って、このカーソルの移動は、データ処理装置とプロジェクタ領域１０１から離れた位置にある点からでも可能である。これは、マルチメディアによるプレゼンテーションやコンピュータ・ゲームそしてシミュレーションなどの分野に適用するにあたって、ことのほか有益である。

上述したとおり、発光式ポインタを個別に周波数でエンコードすることによって、異なるコード化がなされた複数の発光式ポインタ間での判別も可能である。従って、周波数フィルタ付きの電子機器の読み取り（ロックイン・テクニック）と組み合わせて、異なる周波数で複数の発光式ポインタを同時に追跡することも可能である。

非常に狭いスペクトル領域だけで可能な限り遠くに光を当ようとする発光式ポインタの光に対するポジション検出子の分解能を改善するには、感光層の素材を正しく選択することに加えて、感光層の両側の電極を金属で作ることと、共鳴（強化された共鳴空洞）の結果、発光式ポインタが発する光の波長で、感光層における吸収が最大になるように、その相互の間隔を調整することがかなり有効である。これによって、バックグラウンド光に対する検出感度が小さくなる。

発光式ポインタからの光ビームは、例えばペン型の入力器具の尖端のＬＥＤによって発光照射が可能である。また、発光式ポインタからの光を２つのスペクトル領域から合成すると云うことも考えられる。人間に不可視である第１のスペクトル領域は、ポジション検出子によって認識される。第２のスペクトル領域は人間に可視であり、ディスプレイ装置上の光ビームの位置を直接裸眼で認識するのに用いられる。

とりわけ有益な実施形態においては、ポジション検出子が全体的に透明に作られている。上述した基板と電極を透明にすることに加えて、感光層を、ナフタリンジイミドもしくはその誘導体と組み合わせた、金属化ナフタロシアニンで作ることもできる。それによって、複数のポジション検出子からなる表示面を、既存のディスプレイ画面の前側に配置することができ、従ってこのディスプレイは、上述したプロジェクタ・スクリーンに対して、同様に、発光式ポインタによる作動に対する応答性が良くなる。

本発明の優れた適用性は、本発明による応答性の良い設計のディスプレイ表示面に、例えば薄紙や剥がすことができる合成樹脂フィルムなどの半透明で書込み可能な表示面を配置して、その上にペンを使って文字や図柄を書くことができるようにすることにある。このペンは、色が出てくる通常のペン先だけでなく、発せられる光ビームが現に色をつけて書こうとしているポイントを少なくともおおよそ、正確に指す発光式ポインタが一体化されている。書かれたあるいは描かれた情報は、これによって、ディスプレイ表示面に取り込むと同時に、データ処理装置にデジタル信号で保存される。

Claims (9)

1. 感光素子を設けたディスプレイ表示面と、これに組み合わせたデータ処理装置用の制御装置において、
   前記感光素子は、有機光活性材料層（５、１５）でできたベース上に平らなポジション検出子として作られており、前記層は両面にて平らな電極（２、１２、６、１６）に接続されて、電極が前記層（５、１５）全体を覆っており、前記平らな電極（２、１２、６、１６）の少なくとも１つが「導電性の良くない電極板」であり、従って電流が流れるときの表面抵抗がそれぞれの回路において有意な電圧降下を起こす比較的高い電気抵抗を内部回路に有しており、前記導電性の良くない電極（２、１２、１６）を流れる電流は互いに距離をあけた複数の接続点で測定され、異なる接続点で測定した異なる電流の相対的な大きさから、感光層（５、１５）を通って光吸収によって発生した局所的な通電地点を算出することが可能であり、発光式ポインタ（１０２）がディスプレイ表示面（１０１）上に光スポットを生成し、前記ポジション検出子の感度は発光式ポインタの光に基づいて選択的に調節され、前記ポジション検出子がデータ処理装置（１０４）に接続されていることを特徴とする、ディスプレイ表示面とこれに組み合わせたデータ処理装置用の制御装置。
2. 請求項１に記載のディスプレイ表示面とこれに組み合わせた制御装置において、
   導電性の良くない２つの電極（１２、１６）の間に光活性有機半導体層（１５）が配置されており、当該導電性の良くない平らな電極（１２、１６）は、それぞれ、電極の側面全体に延びる対向する２つの接続部分（１３、１４）によって外部回路と電気的に接続されており、一方の電極の２つの接続部間の接続ラインは、他方の電極の２つの接続部間の接続ラインに対して直交する方向に配置されていることを特徴とする、ディスプレイ表示面とこれに組み合わせた制御装置。
3. 請求項１または２に記載のディスプレイ表示面とこれに組み合わせた制御装置において、
   発光式ポインタからの光スポットを検出するポジション検出子の分解能が、周辺光と反対に、
   ポジション検出子の感光素子の分解能が、周辺光中に含まれていないか僅かに含まれているのみであるが、発光式ポインタから発せられる光には含まれているスペクトル領域に制限されること、及び／又は、
   周波数エンコードされた発光式ポインタの光ビームが自らの強度で揺らぎ、検出子から伝送される信号からフィルタリングして取り出されることによって、及び／又は、
   発光式ポインタの光が、あるスペクトル領域において、周辺光に生じるよりも高いスペクトル出力密度を有し、前記感光素子の分解能が専らこのスペクトル領域内にあり、カーソル位置を示す下限レベルより高いレベルの、感光素子から発せられる電気信号によって、
   生じることを特徴とする、ディスプレイ表示面とこれに組み合わせた制御装置。
4. 請求項３に記載のディスプレイ表示面とこれに組み合わせた制御装置において、
   前記感光層の両側の電極が金属製であり、前記発光式ポインタは、干渉作用の結果、前記２つの電極で境界付けられている層で光吸収が最大になるスペクトル領域で発光することを特徴とする、ディスプレイ表示面とこれに組み合わせた制御装置。
5. 請求項３または４に記載のディスプレイ表示面とこれに組み合わせた制御装置において、
   信号が別々に周波数エンコードされている複数の発光式ポインタが用いられることを特徴とする、ディスプレイ表示面とこれに組み合わせた制御装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のディスプレイ表示面とこれに組み合わせた制御装置において、
   前記ポジション検出子がプロジェクタ領域（１０１）に配置されていることを特徴とする、ディスプレイ表示面とこれに組み合わせた制御装置。
7. 請求項６に記載のディスプレイ表示面とこれに組み合わせた制御装置において、
   前記ポジション検出子は、プロジェクタ領域（１０１）のプロジェクタ（１０３）に向いた側に配置されており、当該プロジェクタに向いた側には発光式ポインタからの光に対して半透明で白色の層を具えることを特徴とする、ディスプレイ表示面とこれに組み合わせた制御装置。
8. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載のディスプレイ表示面とこれに組み合わせた制御装置において、
   前記ポジション検出子は、画面のユーザに向かう側に取り付けられており、前記ポジション検出子は可視光スペクトル領域で透明である素材から作られており、前記発光式ポインタは前記光活性層で吸収され得る赤外線スペクトル領域あるいは紫外線スペクトル領域の光を発することを特徴とする、ディスプレイ表示面とこれに組み合わせた制御装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載のディスプレイ表示面とこれに組み合わせた制御装置において、
   前記ディスプレイの表示面には、発光式ポインタの光に対して透明もしくは半透明であり、書込み可能及び取り外し可能なシートが設けられており、当該シートはカラーペンと、同様に作られている発光式ポインタの形式の機器によって書込みが可能であり、当該発光式ポインタの光は、ディスプレイ表示面に配置された感光素子によって検出できることを特徴とする、ディスプレイ表示面とこれに組み合わせた制御装置。
   

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