JP3556452B2 - 情報読込装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、文字、図形等の情報が書かれた原稿等の読み込む情報読込装置に係り、特には情報携帯端末機器などとして用いられるものに関する。
【0002】
【従来の技術】
原稿に光を照射する光源と、素子が直列に配列され光源からの光を受光して電気信号に変換する光電変換器と、この光電変換器と原稿との相対位置を直交する方向に移動させる走査手段と、この光電変換器の出力電気信号を直列信号として送出するデータ処理部とを備えた情報読込装置として、感光要素部材として光電池を用いたものが知られている。
【0003】
そのような情報読込装置に係る技術を本出願人は先に提案している(特願平8−134658号)。この技術内容について図16を用いて説明する。
【0004】
図示するように、光電池45はセンサーパネル2上に形成される。センサーパネル2は、透明基板43上にストライプ状の第1電極41、アモルファスシリコン層40、ストライプ状の第2電極42の順に積層されることで形成され、光電池45の形成部は第1電極41及び第2電極42の交差部分にアモルファスシリコン層40が形成された箇所である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
小型で薄型の液晶表示パネルを応用して2次元読込センサーと重ね組み合わせるには、光源の限られた光をいかに有効に利用するかが課題となる。これは情報表示の液晶表示パネルと情報読み込みのセンサーはいずれも光を利用していることによる。
【0006】
光が透過しにくく、光量が微弱になると、原稿からの光の反射光はその照度が小さくなり、センサーパネルからの検出信号は弱くなる。また、液晶表示パネルのバックライトとしての輝度を確保できず、見にくくなる課題がある。
【0007】
また受光素子は、情報等の表示機能素子の数に対応した受光素子を形成していくことから非常に受光面積の小さい素子となり、光を受けて出力する信号がどうしても小さくなる。したがって、構造上、避けられない微小の出力信号をいかにノイズのない状態で、大きく、出力させるかが課題である。特に、受光素子にとって光量の減少は出力信号の減少であり、いかに光をうまく利用するかが課題となってくる。
【0008】
さらには、携帯機器として、また0A機器の読込機能のインターフェースとして、読み込みに使用する消費電力をいかに少なく、また小さく薄くするかが大きな課題になっている。
【0009】
図16に開示する技術では、受光部分において、透明基板43上にさらに第1及び第2電極41、42が大きなスペースを占めて形成されるので受光効率が良いものとはいえなかった。
【0010】
本発明は、上記の課題を解決し、表示機能を備えたパネルと、読み取り機能を備えたパネルの2枚を積層する情報読込装置を提供するものである。
【0011】
特に、小型・薄型で読み込み情報をその場で見ることができる、例えばミラーに原稿情報が写し出されるような感覚の表示機能付きの情報読込装置を提供することを目的としている。
【0012】
また、非常に多く出回っている液晶表示が可能なパネルをそのまま利用して、さらに読み込みが可能な低消費電力の情報読込装置を提供することを目的としている。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明の情報読込装置は、マトリクス状に配列される複数の光電池を備え、原稿に密着して原稿上の情報を読み取るセンサーパネルと、上記センサーパネルに積層され、前記センサーパネルが読み取った情報を再現して表示する表示パネルとを備える情報読込装置において、上記センサーパネルと表示パネルとを挟持し、上記原稿上の情報を読み取る際に伸縮して原稿にセンサーパネルを押すことで、上記原稿のしわを伸ばす微動部を備えることを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る情報読込装置について、図面を用いて説明する。本願の特徴技術はセンサーパネル及び液晶表示パネルの構成に係る部分であり、この部分について特に詳述する。その他の構成については特願平8−134658号で言及されているものと同一であるので、ここでは省略する。
【0017】
[実施の形態1]
本願の情報読込装置におけるセンサーパネル及び液晶表示パネルの位置関係の説明図を図1に示す。同図(a)は上面から見た図、同図(b)は斜視方向から見た図である。
【0018】
従来構成と異なる点は、ストライプ形状の第1電極41及び第2電極42が画素電極10の光通過部を妨害しないような形状に構成されて透明基板43上に配置されていることである。
【0019】
すなわち、光電池45の表面積はTFT11の表面積とほぼ同一であり、光電池45とTFT11はお互いに重なるような位置になるように配置され、上記光電池45形成部以外の部分、つまり液晶表示パネル4における画素電極10が位置する部分に形成される前記第1及び第2電極41、42は、その線幅が上記光電池45形成部に形成されるものよりも狭小化したものとなっている。
【0020】
このことをさらに光電池45形成部の拡大図である図2を用いて説明する。光電池45は画素10の妨げにならない範囲で同図(a)や同図(b)のように形成される。
【0021】
この結果、透明基板上において第1及び第2電極部41、42の占めるスペースを大きく減少することができ、この結果、受光効率に優れた情報読込部を実現することができる。
【0022】
[実施の形態2]
センサーパネルでは光電池は複数個形成されるが、形成される個々の光電池はその特性にバラツキが存在する。
【0023】
光電池の特性を図3に示す。当該図面は光の照度による出力信号の変化を示したものである。このことから当該出力信号を制御するには光源の光を制御すればよいことがわかる。
【0024】
光源の光は画素10を通過して原稿に向かって放射される。ここでの光源の光を変化させると原稿に到達する光の量が変化する。
【0025】
つまり、通過する光量を制御することで表示用の画素の内部液晶をシャッターとして制御することで原稿への光量を制御する。液晶表示パネルを、光源からの光をそのまま通過するように制御すれば、センサーパネルからの出力は増加し、液晶表示パネルの表示が暗くなるように制御すれば、センサーパネルからの出力は減少するのである。
【0026】
また、液晶表示パネルのそれぞれの画素のコントラストを制御することで、一対として積層された光電池のそれぞれが光量に見合った信号を出力するようになる。したがって、センサーパネルの光電池と液晶表示パネルの画素との組み合わせ、1つ1つの出力信号を制御できる。
【0027】
以上の構成により、デバイス自体は均一な特性のものに作ることはできなくても、組み合わせた画素のコントラスト比を制御することで、均一な信号を出力できる装置が実現できる。
【0028】
[実施の形態3]
確実な読み取りを行うには、センサーパネルに原稿を確実に密着させて光を反射させることが必要である。しかし、原稿によっては、しわ、折り目等によってセンサーパネルには密着しにくい状況のときがある。
【0029】
原稿の部分によって、センサーパネルと原稿との密着度合いの差は異なる情報として検出される。これは同じ黒の情報でも距離によって出力信号が異なってくるからである。非常にわずかではあるが、しわによって、センサーパネルと原稿との密着度合いの違いが見られ、画像化したときには、ぼけとなって現れる問題がある。
【0030】
例えば、机に読み取りたい原稿を載せてセンサーパネルを下向きに置いただけではしわが伸びない時がある。そこで原稿を微動部によって押さえ、しわを伸ばしながら読み取りを行う実施形態3の断面構成図を図4に示す。
【0031】
しわのある原稿1に、微動部95a、95bを備えた外囲器に囲まれた情報読取装置を乗せ、原稿1を押しながらしわを伸ばすようにする。センサーパネル2と、液晶表示パネル4を微動部95a、95bによって原稿方向に移動させ、移動したセンサーパネル2によって原稿1を伸ばすことになるが、その方法として、小型で微動が容易な圧電素子を用いる。
【0032】
次に微動部95a、95bがどのように微動するのかを図5を用いて説明する。ここで圧電素子とは電気エネルギーを機械的エネルギーに可逆的に変換できる素子である。これは、機械的応力を加えると応力に比例した電界が発生する正圧電効果と、逆に電界を加えて電界に比例した歪みを生じる逆圧電効果が現れる素子である。
【0033】
この素子構造は、外部からある値以上の電界を加えて、結晶軸が全部揃った単一分域の結晶構造になるように分域を反転させる操作(分極処理)を行ったセラミックスからなり、分極処理された圧電セラミックスにより外部からのエネルギーに応じて圧電効果を示す事になる。このように分極処理して分域(ドメイン)を揃えないと圧電効果はおこらない。
【0034】
分極すると未分極の場合異なって分極方向に大きな歪みが生じこの歪が外部からの電界に応じて逆圧電効果を示す。この効果は主に、縦効果の電極方向と伸縮歪方向が同一方向である場合(圧電定数d33)と、横効果の電極方向と伸縮歪方向が垂直方向である場合(圧電定数d31)がある。
【0035】
印加電圧と伸縮方向の関係は縦効果または横効果のいずれを用いた設計にするのかによって決まってくる。
【0036】
図5(a)は、横効果設計した微動部の圧電素子に電圧を印加した状態、同図(b)は微動部95aを取り出し、これに電圧を印加した状態を示す。当該図面のように横効果設計すると電極方向と伸縮部変位方向が垂直になる。
【0037】
微動部95aの分極電極91にプラスの電圧92を印加すると、横効果により分極電極91は分極方向に伸びようとして、結果的に上下方向に縮む動き105とになる。
【0038】
次にマイナスの電圧92を印加すると、横効果により分極電極91は分極方向に縮もうとして、結果的に上下方向に伸びようとすることになる。
【0039】
標準状態が90として、分極方向に伸びて上下方向に縮む状態が90aで、分極方向に縮もうとして結果的に上下方向に伸びた状態が90bである。
【0040】
このようにして、微動部95a及び、微動部95bを伸縮させ、原稿1にセンサーパネル2を押すようにする。
【0041】
また、微動部として他の一例を図6に示す。当該図面の構成では、センサーパネル2と液晶表示パネル4は微動部1000及び1001とによって挟持され、当該各微動部の動作でセンサーパネル2を原稿1に近づけられる。
【0042】
[実施の形態4]
次に実施形態4として原稿を2次元方向に移動させる原稿微動部を備えた構成を図7に示す。実施形態1において問題になるのは、センサーパネル2を構成する電極と平行に走る直線ラインのような情報が書かれた原稿1を読み取る時に、光の反射の仕方によって一列に並んだ光電池による検出が難かしくなり、信号出力が小さくなることである。
【0043】
本実施の形態では、原稿1をわずかに微動させ、検出信号が強くなるように構成されている。原稿微動部1100、1110によって原稿固定部1120を左右1130に移動させ、原稿1を左右1140のように移動させる。図7では、移動方向を左右しか書かれていないが、微動部を複数つけ、同じ構造の微動部とすることで2次元方向の移動が可能になる。
【0044】
次に、原稿微動部1100、1110がどのように微動するのかを図8を用いて説明する。
【0045】
第一の原稿微動部1100と第二の原稿微動部1110は、電圧を操作することで自由に伸縮でき、原稿微動部1100,1110を順番に伸縮(原稿微動部1100を伸ばしているときは原稿微動部1110を縮め、逆に原稿微動部1110を伸ばしているときは原稿微動部1100を縮める)することで、原稿固定部1120が左右に移動することになる。したがって、原稿固定部1120の先に弾力性のある固定材で原稿を固定し、センサーパネルに対して微動移動し、原稿を移動させることができる。
【0046】
以上により、原稿を電圧入力によって自由に微動移動させられる情報読込装置が提供できる。
【0047】
[実施の形態5]
実施の形態1において、光源の光だけではセンサーパネルからの信号が弱い事がある。図3にも示しているように光が弱いと出力が得られない。そこで、本実施形態では、センサーパネル2の光電池と、液晶表示パネル4の画素との関係を維持しながらセンサーパネル2を液晶表示パネル4から独立して離せる開閉手段を備えさせた。
【0048】
当該構成の外観図を図9、横方向から見た図面を図10に示す。図9、図10に示すように、開閉部150の動作により、液晶表示パネル4からセンサーパネル2を回転させながら、原稿1の方向にもって行くことができる。原稿1の読み込みに使用する光は、光源3からの光151から外光152に切り替わることになる。
【0049】
この構成では、必要に応じて強力な外光152が使えるようになる。勿論、センサーパネル2が液晶表示パネル4の上部からなくなることで表示は見やすくすることが出来る。
【0050】
特に、センサーパネル2による読み込みを必要としない場合は、液晶表示パネル4の見やすさを優先する方法としてセンサーパネル2を回転させ、光源3の裏までもって来れるようにしておくことが望ましい。
【0051】
また、センサーパネル2が外光152を利用するときは、光源光151は必要ないので、消灯しておくことが望ましい。光源3によるフリッカノイズ等がセンサーパネル2に飛び込み検出信号を乱すことが有る。勿論、消費電力の点からも表示以外は、消灯しておくことが望ましい。
【0052】
次に表示と読込みの走査について説明する。図11に示すように、原稿1を読み込むセンサーパネル2の走査として、ライン170の走査が終了してから液晶表示パネルの表示ライン171を走査させるように一水平期間遅らせることで、リアルタイムに近い感覚での原稿を表示再現できる。
【0053】
走査順序としては、読み込みライン170、表示ライン171、読み込みライン172、表示ライン173が望ましい。これにより、表示している走査期間中に、次のラインの読み込み走査が可能で、読み込みが終了して表示が完了するまでの全体走査期間が短く出来る。
【0054】
また、複数枚の原稿を順次読み込んで行くときは、センサーパネル2の走査が終了して、信号を加工処理して液晶表示パネル4に表示のための走査をしているときに、次の原稿の走査としてセンサーパネル2の走査ができるように、原稿1枚ずつの走査手段を提案する。つまり、センサーパネル2の走査が終了してから、液晶表示パネル4の表示のための走査を行うようにする。
【0055】
この方法によれば、原稿1から読み取った全体の情報データを、画像処理等の加工ができる効果が有る。また、外光を利用するときは光源を消灯するなどの方法時に、効果を発揮する。
【0056】
また、光電池が光に反応するかどうかの動作チェックが常に行えるようにした本構成の変形例を図12に示す。センサーパネル2aを開閉手段180で、光源3の下に回り込むように回転させる。前述したセンサーパネル2bの位置が外光による読み込み位置である。
【0057】
さらに回転させ、センサーパネル2cの位置にもって行き、光源3の裏面に配置させる。この状態でセンサーパネル2cと、光源3の裏面で外部から光が入射しないように、暗室状態181を作り出せるようにした。この暗室状態181で、センサーパネル2cを動作させることでセンサーパネルの光電池の暗電流を求める。
【0058】
出力が暗電流の値で出力すれば、センサーパネルの動作は確認出来る。仮に、光電池が不良になっているときは、抵抗電流となり漏れ電流がながれて、暗電流以外の出力が得られ、すぐに動作確認ができる事になる。読み込み前の動作確認モードとして有効に利用出来る。特に、経時変化によって変化したセンサーパネルをすぐに確認出来る。
【0059】
[実施の形態6]
次に、センサーパネルの下部にある液晶表示パネルを利用して、センサーパネルのXY走査を、片側走査だけにして走査ICドライバーを減らせる構成を提案する。図13に当該構成の説明図を示す。当該図面は液晶表示パネルの上にセンサーパネルが積層された状態で、センサーパネルの各光電池を動作させるためにバイアス電圧を加えている状態を示している。
【0060】
第一電極と第二電極との間にマトリクス状に配列される複数の光電池220等を備えるセンサーパネルは、走査回路によって当該光電池が順次的に走査され、選択された読取りたい光電池220から順次、検出増幅部251で必要な信号まで増幅されて、出力端子から出力される。
【0061】
光電池220のアノード側の電極190に検出増幅部251を接続する。バイアス発生回路250は、電圧Vを出力する。出力電圧は、マイナス電圧が出力できるようにしておく。この電圧Vは、検出しない他の光電池224、225、226のアノード側の電極190に印加される。
【0062】
また、検出増幅部250は、接地電圧252に接続することで、仮想接地を作り出し、検出増幅部250の基本電位とする。
【0063】
つまり、光電池220のアノード側の電極190は仮想接地として電圧ゼロを加えたことになる。
【0064】
光電池の特性を図14に示す。順バイアス領域の出力がX軸にそってゼロ出力となるのは順バイアス電圧が0.5Vの時である。この状態をOFFとする。光電池に加わる電圧がゼロ電圧のときは、光電池からの出力信号が見られる。この状態をONとする。このON、OFFの2点を使って読み取りを行う。
【0065】
バイアス電圧を印加して上記2点の状態を作り出すためには、バイアス発生部250は、読み取らない光電池の電極190に、さらに、検出増幅部250を構成するOPアンプ251の正相入力端子を接地電位252に接続することで、逆相入力端子253を接地電位252と等価になる仮想接地を作り出すことで、光電池に仮想接地を導く事になる。
【0066】
また、光電池のカソード側の電極191は全て接地電位としてゼロ電圧とする。以上の各電圧を光電池群に印加することで、読み取りたい光電池が接続されているラインの253につながる、すべての光電池220、221、222、223がONすることになる。他の光電池224、225、226、・・・はOFFすることになる。
【0067】
光電池220は、0Vバイアスがかかる。この状態を図14のI/V特性で示すと、ONの点である。つまり、光が当たれば出力が得られる。
【0068】
光電池221は、0Vバイアスがかかる。この状態を図14のI/V特性で示すと、ONの点である。つまり、ここも光が当たれば出力が得られる。光電池222、223も同じでる。
【0069】
光電池224は、0.5V順バイアスがかかる。この状態を図14のI/V特性図で示すと、OFFの点である。つまり、光が当たっていても出力が得られない状態である。光電池225、226も同じである。
【0070】
ここで、重要なのは、検出したい光電池221以外にもONしている光電池があることである。
【0071】
そこで、液晶表示パネルの画素をライン状に制御して光源の光を1本のラインとしてセンサーパネルに放射させる。この光のラインはONしている光電池の並びに交差するように直角に放射させる。この状態により光源の光を1本のライン195と、ONしている光電池の並びとの交点である光電池221の信号だけが出力される。
【0072】
光電池220はONの状態であるが、光が当たらないので出力がない。また、光電池227はOFFの状態で光が当たっていることから出力がない。以上の状態がセンサーパネルと液晶表示パネルを積層にすることで可能になる信号の検出方法である。
【0073】
この時のセンサーパネルの走査の説明図を図15に示す。センサーパネルの電極をX方向に、196、197、198と走査させる。ここではセンサーパネルに対するY方向走査は行わない。X方向で検出されたラインのY方向の光電池は全てONしているからである。一方、液晶表示パネルの光ライン195をY方向に走査させる。
【0074】
以上のように、センサーパネルに対する1方向のみの走査で情報が正確に読み取れるのが本実施の形態の特徴である。
【0075】
【発明の効果】
液晶表示パネルを備えた構成とすることで、センサーパネルから読み込んだ情報を、そのままセンサーパネルの下に配置している液晶表示パネルに表示することができる。つまり、センサーパネルの上に原稿を載せて情報を取り込んだ後に、原稿情報が液晶表示パネルに表示され、液晶表示パネルとセンサーパネルが積層されていることで、原稿情報がその場でコピーしたように情報を入力することができる。
【0076】
また、上記光源、上記液晶表示パネル、上記センサーパネル、上記原稿の順で積層し原稿の情報を検出できることを特徴としていることで、液晶表示パネルに必要なバックライトと、情報検出に必要なセンサーパネルの光源を一つにでき、薄型の情報読込と情報表示の両方の機能を持たせた装置とすることができる。
【0077】
また、液晶表示パネルの画素には表示画素電極とTFTが載っている部分があり、TFTの部分は光源の光を透過せず表示しない部分で、TFTの載っている面積部分は利用できない欠点を上手く利用した効率のよい装置にできる。
【0078】
この状態について原稿を置く側から見ると、液晶表示パネルのTFT上部に光電池が重なっており、表示画素電極の部分は、センサーパネルも光を透過させて表示の性能を妨げずに情報を見ることができる。さらに光電池は、原稿に一番近く、原稿の反射光を妨げられる事なく精度よく検出できる。
【0079】
また、微動部は、電気エネルギーを機械的エネルギーに可逆的に変換できる圧電材料からなる圧電素子によって構成することで電圧によって簡単に微動量を決定できる。圧電素子による構成とすることで、小型で大きな力を発生でき、応答性が早く、変位精度が高く、軽量、低価格の微動部とすることができる。
【0080】
また、非常に小型な構造にできることから、センサー面、表示面を塞ぐこともない違和感もすくない装置となる。また、圧電素子の微動量は計算によって設計できることから、電圧値変化によって正確にコントロールできる。この微動部を、ユーザーが、自由に変更できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願の情報読込装置におけるセンサーパネル及び液晶表示パネルの位置関係の説明図であり、(a)は上面図、(b)は斜視図である。
【図2】光電池形成部の拡大図である。
【図3】光の照度による光電池の出力値の変化を示した図である。
【図4】実施の形態3の構成の断面図である。
【図5】微動部95a、95bの動作説明図である。
【図6】微動部の他の一例を示す図である。
【図7】実施の形態4の構成の断面図である。
【図8】原稿微動部1100、1110の動作説明図である。
【図9】実施の形態5の構成の外観図である。
【図10】実施の形態5の構成を横方向から見た図である。
【図11】実施の形態5における表示と読込みの走査についての説明図である。
【図12】実施の形態5の変形例の動作説明図である。
【図13】実施の形態6の構成の概要図である。
【図14】実施の形態6における光電池の特性図である。
【図15】センサーパネルの走査の様子の説明図である。
【図16】従来の情報読込装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
1 原稿
2 センサーパネル
3 光源
4 液晶表示パネル
10 画素電極
11 TFT
40 アモルファスシリコン層
41 第一の電極
42 第二の電極
43 透明基盤
45 光電池
Claims (1)
- マトリクス状に配列される複数の光電池を備え、原稿に密着して原稿上の情報を読み取るセンサーパネルと、
上記センサーパネルに積層され、前記センサーパネルが読み取った情報を再現して表示する表示パネルとを備える情報読込装置において、
上記センサーパネルと表示パネルとを挟持し、上記原稿上の情報を読み取る際に伸縮して原稿にセンサーパネルを押すことで、上記原稿のしわを伸ばす微動部を備えることを特徴とする情報読込装置。
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