JP3988476B2 - 座標入力装置及び表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上で指示された位置を検出して電子機器等に入力するためのタッチキー等の座標入力装置、この座標入力装置を用いる表示装置、及びこの表示装置を用いる電子機器に関し、特に、液晶表示装置等に用いて好適な座標入力装置、表示装置及び電子機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は種々の電子機器、例えば時計、電卓、電子手帳等の小型携帯機器にも多く用いられており、例えばカレンダー表示、スケジュール、住所録管理等、各種の機能を切り替える際に所望の機能が表示された画面上の一部の領域を指やペン等で触れることにより機能の切り替えが行えるようになっていたり、また、手書き入力が行えるようなものもある。この種の携帯機器用液晶表示装置の場合、表示面となる基板上に機能切り替え時のスイッチまたは入力装置となるタッチキーが取り付けられている。
【０００３】
従来のタッチキー等の座標入力装置として、抵抗膜方式、静電容量方式、超音波方式等が実用化されている。例えば超音波方式のものでは、振動発生装置を内蔵するペン等の位置入力部材を基板上に当接させ、その当接位置から伝播する振動を基板に設けた圧電素子等の振動検出手段で検出し、振動伝播時間に基づいて当接位置を求めるようにした座標入力装置が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、抵抗膜方式は、透過率が低いため表示装置との組み合わせで表示の視認性が悪化するという問題があり、静電容量方式は、座標指示に専用のペンを必要とするという問題があった。また、両方式とも基本的に電流や容量を検出するための電極が必要であり、製造工程が複雑であった。また、超音波方式でも、振動を与えるための振動子を内蔵する専用ペンを必要とするという問題があった。
【０００５】
本発明は上記の問題を解決するためになされたもので、座標入力専用の特殊なペンや電極等を必要とせず、簡単な構成及び入力操作により座標入力を行えるようにすることを目的としている。
【０００６】
【発明が解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明による座標入力装置は、基板と、前記基板上に設けられ略４角形をなす座標入力面と、前記座標入力面の対向する２辺にそれぞれ設けられた複数の振動検出手段と、前記複数の振動検出手段から得られる複数の振動検出信号の時間差に基づいて前記基板上の振動発生位置を求める演算手段と、が設けられ、前記演算手段が前記複数の振動検出信号に基づいて前記座標入力面の振動発生位置を１次元座標として求めることを特徴とする。
【０００７】
従って、本発明による座標入力装置によれば、例えば基板上の任意の入力位置にペン先、爪等の位置入力部材を当接させてその衝撃により基板に振動を発生させ、この振動を基板上もしくは基板の周辺に配置した複数の振動検出手段により検出して複数の振動検出信号を得ることにより、基板上の振動発生位置、即ち、入力位置を特定することができる。そのため、従来のように振動子を内蔵する等の特殊な構造を有するペン等を必要とせず、また電極を設ける必要がないので、簡単な入力操作により座標入力を行うことができると共に、簡単な構成で信頼性の高い装置を安価に提供できるという作用、効果が得られる。
【０００８】
また、本発明による座標入力装置においては、前記複数の振動検出手段からそれぞれ得られる振動検出信号の時間差に基づいて前記基板上の振動発生位置を演算する演算手段を設けることにより、簡単な演算により入力位置の特定を速やかに確実に行うことができるという作用、効果が得られる。
【０００９】
また、本発明による座標入力装置においては、前記基板上に略４角形をなす座標入力面を設けると共に、この座標入力面の対向する２辺にそれぞれ振動検出手段を設け、前記演算手段は２つの振動検出信号に基づいて前記座標入力面の振動発生位置を１次元座標として求めることにより、２つの振動検出手段から得られる２つの振動検出信号に基づいて入力位置を１次元情報として特定することができるという作用、効果が得られる。
【００１０】
また、本発明による座標入力装置においては、前記基板上に略４角形をなす座標入力面を設けると共に、この座標入力面の３つの頂点上に３つの振動検出手段を設け、前記演算手段は３つの振動検出信号に基づいて前記座標入力面の振動発生位置を２次元座標として求めることにより、３つの振動検出手段から得られる３つの振動検出信号に基づいて入力位置を２次元情報として特定することができるという作用、効果が得られる。
【００１１】
また、本発明による座標入力装置においては、前記基板上に複数の凸部を設けることにより、位置入力部材を当接させた際の振動発生位置を検出するのみならず、位置入力部材を当接させたままで基板上を移動させた際に発生する複数の凸部による振動に基づいて位置入力部材の移動の軌跡も検出することができる。これにより、文字・図形・曲線等を描くことができるという作用、効果が得られる。
【００１２】
また、本発明による座標入力装置においては、前記演算手段により複数の振動検出手段からそれぞれ得られる振動検出信号のレベルに基づいて基板上の振動発生位置における振動レベルを演算することにより、ペン先等の位置入力部材が当接するときの強度（筆圧）に応じた文字・図形・曲線等を描くことができるという作用、効果が得られる。
【００１３】
さらに、本発明による座標入力装置においては、前記基板に当接させて基板に振動を発生させる位置入力部材を設けることにより、位置入力部材としては例えば、ペン等の先が尖っているような簡単な構造のものでよいので、特殊な構造を持つものを用いることなく、入力操作が簡単で装置を小型化できると共に、安価に提供できるという作用、効果が得られる。
【００１４】
また、本発明による表示装置は、上記のような構成を有する座標入力装置における前記基板を透明基板とし、この透明基板を表示面上に取り付けると共に、前記座標入力装置で求められた振動発生位置を表示面に表示する表示手段を設けたたことを特徴とするものである。
従って、本発明による表示装置によれば、上記座標入力装置における前記作用、効果を得ることができると共に、使用者は自分が入力した位置が同時に表示されるので、入力位置を確認しながら入力操作を行うことができるという作用、効果が得られる。
【００１５】
また、本発明による表示装置においては、前記表示手段の具体例として例えば液晶表示装置を挙げることができる。その場合、前記表示面を液晶表示装置を構成する上側基板の基板面とすることにより、上記座標入力装置における前記作用、効果を得ることができる液晶表示装置を提供することができる。
【００１６】
また、本発明による表示装置においては、前記透明基板が液晶表示装置を構成する上側基板を兼ねることにより、上記座標入力装置における前記作用効果が得られると共に、基板を別に設ける必要がないので、部品点数を減らすことができる。なお、ここで言う「上側基板」とは、前面側の透明基板自体、もしくはその透明基板に貼付した偏光板等を含むものである。
【００１７】
また、本発明による表示装置においては、前記表示手段の具体例として例えば有機ＥＬを用いた表示装置を挙げることができる。その場合、前記表示面を有機ＥＬを用いた表示装置を構成する上側基板の基板面とすることにより、上記座標入力装置における前記作用、効果を得ることができる表示装置を提供することができる。
【００１８】
また、本発明による表示装置においては、前記透明基板が有機ＥＬを用いた表示装置を構成する上側基板を兼ねることにより、上記座標入力装置における前記作用効果が得られると共に、基板を別に設ける必要がないので、部品点数を減らすことができる。なお、ここで言う「上側基板」とは、前面側の透明基板自体、もしくはその透明基板に貼付した保護用の基板を含むものである。
【００１９】
また、本発明の他の表示装置は、基板と、該基板上もしくは該基板の周辺に設けられ、振動を検出する振動検出手段と、スイッチング手段とを有し、該振動検出手段が、前記基板への物体の当接によって発生する振動や音を検出したときに前記スイッチング手段を作動させる構成となっていることを特徴とするものである。
【００２０】
この表示装置においては、例えば基板上の任意の入力位置にペン先、爪等の位置入力部材を当接させてその衝撃により基板に振動や音が発生したときに、この振動や音を振動検出手段が検出して複数の振動検出信号を得ることによりスイッチング手段を作動させることができる。この構成により、上述した座標入力機能に代えて、表示装置のオン／オフ動作や各種操作を行うためのスイッチング機能を有するものとなる。また、座標入力機能とスイッチング機能の双方を兼ね備えたものとしてもよい。
【００２１】
また、本発明による電子機器は、前記の構成を有する表示装置を備えたものである。
従って、本発明による電子機器によれば、前記座標入力装置及び表示装置における前記作用、効果が得られる電子機器を提供することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１〜第１１の実施の形態を図面と共に説明する。
［第１の実施の形態］
まず、本発明の第１の実施の形態について説明する。
図１は第１の実施の形態による座標入力装置を用いた表示システムを示すブロック図である。
図１において、表示装置１の表示面には基板２が設けられている。この基板２は、ガラス、アクリル板等の透明で比較的硬い材質からなるものが好ましい。基板２には略４角形をなす所定の座標入力面２ａが設けられている。基板２の座標入力面２ａの対角位置には２つの振動検出器３Ａ、３Ｂが設けられている。この振動検出器３Ａ、３Ｂとしては、例えば圧電素子が用いられ、場合によってはマイクロホン等を用いてよい。
【００２３】
本実施の形態においては、座標入力面２ａ上の任意の入力位置２ｂに、ペン先や指の爪等の比較的硬いもの（以下、位置入力部材と言う）を当接したときに、その衝撃により基板２に発生する振動（音を含む）を振動検出器３Ａ、３Ｂで検出することを特徴としている。
ここで発生し、また検出される振動としては、例えば基板自身を伝わる振動や表面を伝播する表面弾性波、または当接時に発生し空気中を伝播する音がある。これらの中のどの振動を用いるかは、基板２の材質や、検出器の種類によって決められる。
従って、従来のように振動子等を有する特殊な構造のペン等を必要とせず、また電極を設ける必要もない。
【００２４】
振動検出器３Ａ、３Ｂで検出され電気信号に変換されたアナログの振動検出信号は、それぞれバッファアンプ４Ａ、４Ｂを介してＡ／Ｄ変換器５Ａ、５Ｂに入力され、所定周波数のＡ／Ｄ変換クロックＡＤＣＫにより１ビットのデジタル振動検出信号に変換される。このとき上記クロックＡＤＣＫのクロックが高いほど検出精度が高くなる。この２つの振動検出信号は差分演算部６に入力されてそれらの時間差が求められる。次に、座標演算部７は求められた時間差に基づいて入力位置２ｂの１次元座標を求める。この座標演算部７は、入力位置２ｂの座標を所定の演算により求めてもよく、あるいは時間差と座標が対応して記載されたＬＵＴ（ルックアップテーブル）を用いてもよい。
【００２５】
座標演算部７で求められた入力位置２ｂの座標はＣＰＵ８に送られて所定の処理が行われ、処理された信号は表示コントローラ９で所定形式の表示信号に変換され表示装置１に送られることにより、入力位置２ｂが１次元座標として表示される。使用者は表示された位置を透明な基板２を通して見ることができる。
【００２６】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
図２は第２の実施の形態による座標入力装置を用いた表示システムを示すもので、第１の実施の形態の応用例である。本実施の形態では、表示装置１の表示面、又は基板２の座標入力面２ａに図示のように選択項目（１）（２）（３）をｙ方向に表示し、その中からどれか１つの項目を選択する場合を示している。他の部分の構成は図１と同じである。
【００２７】
図２において、ペン先等の位置入力部材を座標入力面２ａ上の選択項目の一つに当接させる。そのとき発生する振動が振動検出器３Ａ、３Ｂで電気信号に変換され、図３（ａ）（ｂ）に示すアナログの振動検出信号が得られる。この信号を１ビットのＡ／Ｄ変換器５Ａ、５Ｂにより図３（ｃ）（ｄ）に示すデジタル振動検出信号に変換する。次に、差分演算部７により２つのデジタル振動検出信号の立ち上がりｔ1 、ｔ2 の時間差Δｔ＝ｔ1 −ｔ2 を求める。次に座標演算部７は、求められた時間差Δｔから振動の発生位置（入力位置）を演算、又はＬＵＴによりｙ方向の１次元座標情報として求める。
【００２８】
この場合、時間差Δｔは図３（ｅ）のクロックＡＤＣＫの個数として求められ、この個数に基づいて選択された項目が検出される。以下に一例を示す。尚、数値はクロックの個数を示す。
−１≦Δｔ≦１ ────中央〔項目（２）〕
−４≦Δｔ≦−２────上側〔項目（１）〕
２≦Δｔ≦４ ────下側〔項目（３）〕
【００２９】
ＣＰＵ８は上記選択された項目を表示するための処理を行い、表示コントローラ９を通じて選択された項目が表示装置１に表示される。表示形態としては、例えば選択された項目部分を所定の色や輝度等で表示するようにしてよい。
【００３０】
以上説明した第１、第２の実施の形態によれば、入力位置を指示する位置入力部材として従来のような特殊な構造のペン等を必要とせず、通常のペン、ボールペン、鉛筆や指の爪等で充分であり、また、従来の抵抗膜方式、静電容量方式の座標入力装置のように電極を設ける必要がない。
従って、入力操作が簡単で使い勝手がよく、また、構成が簡単で小型・堅牢にでき、信頼性の高い座標入力装置を安価に提供することができる。
また、特定された振動発生位置が表示面に表示されるので、使用者は自分の入力した位置を透明な基板２を透して視認しながら確実に位置入力することができる。
【００３１】
なお、第１、第２の実施の形態においては、差分演算部６はカウンタで構成され、クロックＡＤＣＫをカウントしているが、差分演算部６に周波数のより高い別のクロックを供給してカウントするようにしてもよい。
【００３２】
また、バッファアンプ４Ａ，４Ｂにゲイン調節機能を持たせ、振動や音の検出感度を調節できるように構成してもよい。この構成とすれば、周囲の音や、非使用時における不要な接触によって、意図しない動作が起こらないようにすることができる。ゲインは初期設定として予め設定しておくようにしてもよいし、使用者が使用環境や好みに応じて設定できるようにしてもよい。また、使用する目的に応じ、自動的に最適なゲインが設定されるように構成することもできる。
【００３３】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。
図４は第３の実施の形態による座標入力装置を用いた表示システムを示すもので、３つの振動検出器３Ａ、３Ｂ、３Ｃを座標入力面２ａの３つの頂点付近に設けて、入力位置２ｂを２次元座標として求めるようにしたものである。図示の例では、表示装置１の表示面又は座標入力面２ａに地図が表示されており、この地図上の一地点を入力位置２ｂとして座標入力するようにしたものである。また、３つの振動検出器３Ａ、３Ｂ、３Ｃに対応して、３つのバッファアンプ４Ａ、４Ｂ、４Ｃ及び３つのＡ／Ｄ変換器５Ａ、５Ｂ、５Ｃが設けられている。
【００３４】
位置入力部材を座標入力面２ａの任意の入力位置２ｂに当接すると、その衝撃により３つのアナログ振動検出信号が得られ、これをＡ／Ｄ変換することにより３つのデジタル振動検出信号が得られる。この３つのデジタル振動検出信号のうち、まず、座標入力面２ａのｘ方向に属する２つの振動検出器３Ａ、３Ｂで検出された２つの信号の立ち上がり時間差を求める。求められた時間差からｘ方向についての振動発生位置を１次元座標情報として求める。
【００３５】
次に、上記３つのデジタル振動検出信号のうち、ｙ方向に属する２つの振動検出器３Ａ、３Ｃで検出された２つの信号の立ち上がり時間差を求める。求められた時間差からｙ方向についての振動発生位置を１次元座標情報として求める。上記ｘ，ｙの２方向について求められた２つの振動発生位置に基づいて、基板２上の振動発生位置（入力位置２ｂ）を２次元座標として特定することができる。
【００３６】
本実施の形態においても第１、第２の実施の形態と同様、バッファアンプ４Ａ，４Ｂ，４Ｃにゲイン調節機能を持たせ、振動や音の検出感度を調節できるように構成してもよい。この構成とすれば、周囲の音や、非使用時における不要な接触によって、意図しない動作が起こらないようにすることができる。ゲインは初期設定として予め設定しておくようにしてもよいし、使用者が使用環境や好みに応じて設定できるようにしてもよい。また、使用する目的に応じ、自動的に最適なゲインが設定されるように構成することもできる。
【００３７】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。
図５は第４の実施の形態による座標入力装置で用いられる基板２の構造を示す断面図である。図示のように本実施の形態の場合、基板２の座標入力面２ａに複数の凸部２ｃが設けられている。また、この基板２には３つの振動検出器３Ａ、３Ｂ、３Ｃが図４の場合と同様に座標入力面２ａの３つの頂点付近に設けられている。本実施の形態による座標入力装置は、上記構成により文字・図形・曲線等を入力できるようにしたものである。
【００３８】
次に、上記構成を有する座標入力装置を用いた表示システムにおいて曲線を入力する場合について説明する。尚、表示システムの構成は基本的に図４に示した第３の実施の形態の場合と同様であるが、Ａ／Ｄ変換器５Ａ、５Ｂ、５Ｃとしては例えば４値の信号が得られる２ビットのものが用いられる。
図５において、ペン先等の位置入力部材１０を座標入力面２ａに接触させながら矢印方向に移動させると、基板上には、接触による一定の大きさの振動に、位置入力部材１０が各凸部２ｃに順次当接することによるものが加わった振動が生じる。その結果、３つの振動検出器３Ａ、３Ｂ、３Ｃより、図６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す波形を有する３つのアナログ振動検出信号が得られる。この信号は図６（ｄ）（ｅ）（ｆ）に示すようなそれぞれ４値のデジタル振動検出信号に変換される。
【００３９】
次に、上記３つのデジタル振動検出信号から、位置入力部材１０と凸部２ｃとの当接により生じた特徴的な波形を抽出することにより、図６（ｇ）（ｈ）（ｉ）に示すようなパルス波形を得る。この抽出は（ｄ）（ｅ）（ｆ）の４階調の信号波形を所定の判定レベルで判定してピーク値を検出することにより行われる。また、このときレベルの低い波形部分は、位置入力部材１０と基板２との接触を示し、位置入力部材１０の接触開始及び終点の情報を得ることができる。例えば終点の情報は、振動がなくなった時間の検出により得られる。上記抽出された各パルス波形は、図示のように同じ凸部２ｃについて３つの振動検出器３Ａ、３Ｂ、３Ｃでそれぞれ検出された波形が時間的にずれたものとなっている。
【００４０】
そこで、得られたパルス波形を、発生時間、順序などからグループ１〜３のようにグループ分けし、それぞれを特定の凸部２ｃに対応させる。そして、各グループ毎に前記第３の実施の形態で述べた手順により振動発生位置を２次元座標情報としてそれぞれ特定する。次に、図７に示すように、時間的にずれて求められたグループ毎の各振動発生位置データを時間順に並べることにより、ペン先等の位置入力部材１０が移動した軌跡を求めることができる。従って、これらのデータにより文字・図形・曲線等を電子機器に入力して表示することができる。
【００４１】
尚、凸部２ｃの形状としては、エンボス状、凸条、その他目的に応じて様々の形状のものを、周期的あるいは不規則に設けるようにしてよい。
また、位置入力部材１０としては、通常のペン、ボールペン、鉛筆、指の爪、先の尖った棒等の比較的硬い材質からなるものが好ましい。
【００４２】
［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。
前述した第１〜第４の実施の形態においては、各デジタル振動検出信号の立ち上がりの時間差に基づいて振動発生位置を１次元又は２次元座標として検出しているが、本実施の形態においては、各振動検出器から得られるアナログ振動検出信号〔例えば図３（ａ）（ｂ）、図６（ａ）（ｂ）（ｃ）〕を複数ビットにＡ／Ｄ変換することにより、振動レベルに応じたデジタル振動検出信号を得、振動発生位置を求める際に、その振動レベルも求めるようにしている。
【００４３】
このようにすることにより、各振動検出器から基板に位置入力部材が当接する際の圧力、即ち、筆圧に応じたレベルを有する振動検出信号を得ることができるので、振動発生位置を特定すると共に、筆圧に応じた文字・図形・曲線等を描くことができる。例えば筆圧に応じて線の太さを変えたり、あるいは濃淡や色を表現することができる。
【００４４】
［第６の実施の形態］
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。
図８は前述した各実施の形態による座標入力装置を用いた表示装置としてのパッシブマトリクス型の透過型液晶表示装置１００を示すものである。
図８において、液晶表示装置１００は、液晶パネル２００と液晶パネル２００の背面側（図の下方）に設けられた照明装置（バックライト）３００とから構成されている。
【００４５】
液晶パネル２００においては、下側基板１０１と上側基板１０２とが対向配置され、これらの基板間に液晶層（図示せず）が挟持されており、下側基板１０１と照明装置３００との間、及び上側基板１０２の外側（観察者側）には、それぞれ偏光板１０５、１０６が取り付けられている。また、下側基板１０１の液晶層側表面上には、多数の信号電極１０３がストライプ状に設けられ、これと対向する上側基板１０２の液晶層側表面上には、多数の信号電極１０３と交差する方向に延在する多数の信号電極１０４がストライプ状に設けられている。
【００４６】
上記偏光板１０６は座標入力装置における前記基板２を兼ねるものであり、この偏光板１０６には、３つの振動検出器３Ａ、３Ｂ、３Ｃが設けられている。尚、１次元座標情報を得る場合は、２つの振動検出器３Ａ、３Ｂが設けられることになる。
本実施例においては振動検出器を偏光板上に設け、座標検出面としたが、検出器を例えばガラス基板１０２上に設けて座標検出面としてもよい。
【００４７】
［第７の実施の形態］
また、本発明の第７の実施の形態として、偏光板１０６には振動検出器３Ａ、３Ｂ、３Ｃを設けずに、振動検出器３Ａ、３Ｂ、３Ｃを設けた前記基板２を偏光板１０６の上面に重ねて設けるようにしてもよい。
【００４８】
また、第６、第７の実施の形態においては、パッシブマトリクス型の透過型液晶表示装置１００について説明したが、本発明はこれに限らず、ＴＦＤ(Thin-Film Diode) 素子に代表される２端子型素子やＴＦＴ(Thin-Film Transistor)に代表される３端子型素子を用いるアクティブマトリクス型の液晶表示装置にも適用することができ、透過型又は半透過型や反射型の液晶表示装置であれば、いかなる液晶表示装置にも適用することができる。
また表示装置として、ここでは液晶表示装置の例を示したが、勿論それだけではなく、有機ＥＬ、ＬＥＤ、ＣＲＴ、ＰＤＰなど、あらゆる種類の表示装置に用いることができる。
【００４９】
［第８の実施の形態］
次に、本発明の第８の実施の形態について説明する。
図９は第６、第７の実施の形態において説明した液晶表示装置を用いた電子機器としてのワープロ、パソコン等の携帯型情報処理装置を示すものである。
図９において、４００は情報処理装置を示し、４０１はキーボード、４０３は情報処理本体、４０２は上記液晶表示装置を備えた液晶表示部である。この液晶表示部４０２には、振動検出器３Ａ、３Ｂ、３Ｃを設けることにより、本発明による座標入力装置が組み込まれている。
【００５０】
［第９の実施の形態］
次に、本発明の第９の実施の形態について説明する。
図１０は第６、第７の実施の形態において説明した液晶表示装置を用いた電子機器としての複合型ＰＤＡ(Personal Digital Assistants) を示すもので、図示のようにＰＤＡ５００の液晶表示部５０１に振動検出器３Ａ、３Ｂ、３Ｃを設けることにより、本発明による座標入力装置が組み込まれている。
【００５１】
これら電子機器においては、上記実施の形態の座標入力装置を備えたことにより、比較的簡単な構成で座標入力機能を有する液晶表示部を備えた電子機器を実現することができる。
【００５２】
［第１０の実施の形態］
次に、本発明の第１０の実施の形態について説明する。
図１１は第１０の実施の形態による座標入力装置を用いた表示システムを示すブロック図である。本実施の形態は、例えば第９の実施の形態の複合型ＰＤＡに組み込まれた液晶表示装置であって、例えば第１の実施の形態と同様の座標入力装置を備えたものである。座標入力装置の基本構成は第１の実施の形態と同様であるため、図１１において図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５３】
第１の実施の形態では基板２上に振動検出器３Ａ、３Ｂを配置したのに対し、本実施の形態では、表示装置１の基板２が液晶表示装置の上側ガラス基板であって、図１１に示すように、長方形状の座標入力面２ａの外側に額縁状に機器筐体の外枠２０が設けられており、外枠２０上に振動検出器３Ａ、３Ｂが設けられている。２つの振動検出器３Ａ、３Ｂは、基板２の座標入力面２ａの対角位置に設けられており、本実施の形態の振動検出器３Ａ、３Ｂとしては、例えばマイクロホンが好適に用いられる。
【００５４】
本実施の形態においては、座標入力面２ａ上の任意の入力位置２ｂにペン先等の位置入力部材を当接したときに、その衝撃により発生する音を振動検出器３Ａ、３Ｂで検出する構成となっている。その後の位置座標の検出方法は第１の実施の形態と全く同様である。すなわち、振動検出器３Ａ、３Ｂで検出されたアナログの振動検出信号は、それぞれバッファアンプ４Ａ、４Ｂを介してＡ／Ｄ変換器５Ａ、５Ｂに入力され、デジタル振動検出信号に変換される。２つの振動検出信号が差分演算部６に入力されてそれらの時間差が求められ、座標演算部７はその時間差に基づいて入力位置２ｂの１次元座標を求める。座標演算部７で求められた入力位置２ｂの座標はＣＰＵ８に送られて所定の処理が行われ、処理された信号は表示コントローラ９で所定形式の表示信号に変換されて表示装置１に転送され、入力位置２ｂが１次元座標として表示される。使用者は表示された位置を透明な基板２を通して見ることができる。
【００５５】
本実施の形態においても、位置入力部材として従来のような特殊な構造のペン等を必要とせず、通常のペンや指の爪等で充分であり、従来の抵抗膜方式、静電容量方式の座標入力装置のように電極を設ける必要がない、入力操作が簡単で使い勝手がよく、構成が簡単で信頼性の高い座標入力装置を安価に提供できる等、上記の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００５６】
［第１１の実施の形態］
次に、本発明の第１１の実施の形態について説明する。
図１２は第１１の実施の形態の表示装置におけるブロック図である。本実施の形態は、例えば第９の実施の形態の複合型ＰＤＡに組み込まれた液晶表示装置である。
上記第１〜第１０の実施の形態では、位置入力部材を基板に当接させた際に発生する振動により座標入力を行う例を示したが、本実施の形態では、位置入力部材を基板に当接させた際に発生する振動によって液晶表示装置における何らかのスイッチング動作を行わせる例を挙げて説明する。
【００５７】
本実施の形態では、図１２に示すように、表示装置１の基板２の座標入力面２ａの外側に機器筐体の外枠２０が設けられており、外枠２０上に振動検出器３Ｂが設けられている。座標入力を行う場合には２個以上の振動検出器を用いたが、スイッチング動作を行わせる本実施の形態の場合には、基板２の周辺もしくは基板２上の任意の位置に振動検出器３Ｂを１個設けるだけでよい。振動検出器３Ｂとしては例えばマイクロホンを用いることができるが、基板上に設ける場合には圧電素子等を用いてもよい。
【００５８】
本実施の形態においては、座標入力面２ａ上の任意の位置２ｂにペン先等の位置入力部材を当接したときに発生する音や振動を振動検出器３Ｂで検出する構成となっている。振動検出器３Ｂで検出されたアナログの振動検出信号は、バッファアンプ４Ｂを介してＡ／Ｄ変換器５Ｂに入力され、デジタル振動検出信号に変換される。振動検出信号がＣＰＵ８に送られて所定の処理が行われ、処理された信号はスイッチング回路３０（スイッチング手段）に入力され、表示装置１にて例えば電源のオン／オフ動作やその他の操作を行うことができる。例えば電源のオン／オフ動作を行う場合であれば、装置の主電源は入れた状態で装置がスタンバイ状態のとき、振動検出器３Ｂが音や振動を拾うと、それをトリガーとしてスイッチング回路３０が装置をオン状態とするように構成すればよい。
【００５９】
本実施の形態によれば、上述したような座標入力機能のみならず、ほぼ同様の構成で音や振動をトリガーとして表示装置のオン／オフ動作や各種操作を行うためのスイッチング機能を有するものとなる。例えば電源のオン／オフ動作を行うように構成すれば、非使用時には装置をスタンバイ状態とし、位置入力部材を当接しただけでオン状態とすることができるので、低消費電力化が図れるとともに操作性の良いものとなる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、従来の座標入力装置で用いられていたような特殊な構造をもつペン等を用いる必要がなく、ペン先等や指先等を用いて簡単に入力操作を行うことができ、かつ簡単な構成により信頼性の高い小型で安価な座標入力装置を提供することができる。
また、振動や音の検出による座標入力機能やスイッチング機能を備えた液晶表示装置等の表示装置や、携帯型情報処理装置等の電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態による座標入力装置を用いた表示システムを示す構成図である。
【図２】 本発明の第２の実施の形態による座標入力装置を用いた表示システムを示す構成図である。
【図３】 本発明の第２の実施の形態による座標入力装置を用いた表示システムの動作を示すタイミングチャートである。
【図４】 本発明の第３の実施の形態による座標入力装置を用いた表示システムを示す構成図である。
【図５】 本発明の第４の実施の形態による座標入力装置の基板の構造を示す断面図である。
【図６】 本発明の第４の実施の形態による座標入力装置を用いた表示システムの動作を示すタイミングチャートである。
【図７】 本発明の第４の実施の形態による座標入力装置により描かれる曲線の一例を示す構成図である。
【図８】 本発明の第６の実施の形態による液晶表示装置の分解斜視図である。
【図９】 本発明の第８の実施の形態による電子機器としての携帯型情報処理の外観図である。
【図１０】 本発明の第９の実施の形態による電子機器としての複合型ＰＤＡの外観図である。
【図１１】 本発明の第１０の実施の形態による座標入力装置を用いた表示システムを示す構成図である。
【図１２】 本発明の第１１の実施の形態による表示装置のシステムを示す構成図である。
【符号の説明】
１ 表示装置
２ 基板
２ａ 座標入力面
２ｂ 入力位置
２ｃ 凸部
３Ａ、３Ｂ、３Ｃ 振動検出器
５Ａ、５Ｂ Ａ／Ｄ変換器
６ 差分演算部
７ 座標演算部
８ ＣＰＵ
９ 表示コントローラ
１０ 位置入力部材
１００ 液晶表示装置
１０６ 偏光板
２００ 液晶パネル
４００ 携帯型情報処理装置
４０２ 液晶表示部
５００ 複合型ＰＤＡ
５０１ 液晶表示部
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上で指示された位置を検出して電子機器等に入力するためのタッチキー等の座標入力装置、この座標入力装置を用いる表示装置、及びこの表示装置を用いる電子機器に関し、特に、液晶表示装置等に用いて好適な座標入力装置、表示装置及び電子機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は種々の電子機器、例えば時計、電卓、電子手帳等の小型携帯機器にも多く用いられており、例えばカレンダー表示、スケジュール、住所録管理等、各種の機能を切り替える際に所望の機能が表示された画面上の一部の領域を指やペン等で触れることにより機能の切り替えが行えるようになっていたり、また、手書き入力が行えるようなものもある。この種の携帯機器用液晶表示装置の場合、表示面となる基板上に機能切り替え時のスイッチまたは入力装置となるタッチキーが取り付けられている。
【０００３】
従来のタッチキー等の座標入力装置として、抵抗膜方式、静電容量方式、超音波方式等が実用化されている。例えば超音波方式のものでは、振動発生装置を内蔵するペン等の位置入力部材を基板上に当接させ、その当接位置から伝播する振動を基板に設けた圧電素子等の振動検出手段で検出し、振動伝播時間に基づいて当接位置を求めるようにした座標入力装置が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、抵抗膜方式は、透過率が低いため表示装置との組み合わせで表示の視認性が悪化するという問題があり、静電容量方式は、座標指示に専用のペンを必要とするという問題があった。また、両方式とも基本的に電流や容量を検出するための電極が必要であり、製造工程が複雑であった。また、超音波方式でも、振動を与えるための振動子を内蔵する専用ペンを必要とするという問題があった。
【０００５】
本発明は上記の問題を解決するためになされたもので、座標入力専用の特殊なペンや電極等を必要とせず、簡単な構成及び入力操作により座標入力を行えるようにすることを目的としている。
【０００６】
【発明が解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明による座標入力装置は、基板と、前記基板上に設けられ略４角形をなす座標入力面と、前記座標入力面の対向する２辺にそれぞれ設けられた複数の振動検出手段と、前記複数の振動検出手段から得られる複数の振動検出信号の時間差に基づいて前記基板上の振動発生位置を求める演算手段と、が設けられ、前記演算手段が前記複数の振動検出信号に基づいて前記座標入力面の振動発生位置を１次元座標として求めることを特徴とする。
【０００７】
従って、本発明による座標入力装置によれば、例えば基板上の任意の入力位置にペン先、爪等の位置入力部材を当接させてその衝撃により基板に振動を発生させ、この振動を基板上もしくは基板の周辺に配置した複数の振動検出手段により検出して複数の振動検出信号を得ることにより、基板上の振動発生位置、即ち、入力位置を特定することができる。そのため、従来のように振動子を内蔵する等の特殊な構造を有するペン等を必要とせず、また電極を設ける必要がないので、簡単な入力操作により座標入力を行うことができると共に、簡単な構成で信頼性の高い装置を安価に提供できるという作用、効果が得られる。
【０００８】
また、本発明による座標入力装置においては、前記複数の振動検出手段からそれぞれ得られる振動検出信号の時間差に基づいて前記基板上の振動発生位置を演算する演算手段を設けることにより、簡単な演算により入力位置の特定を速やかに確実に行うことができるという作用、効果が得られる。
【０００９】
また、本発明による座標入力装置においては、前記基板上に略４角形をなす座標入力面を設けると共に、この座標入力面の対向する２辺にそれぞれ振動検出手段を設け、前記演算手段は２つの振動検出信号に基づいて前記座標入力面の振動発生位置を１次元座標として求めることにより、２つの振動検出手段から得られる２つの振動検出信号に基づいて入力位置を１次元情報として特定することができるという作用、効果が得られる。
【００１０】
また、本発明による座標入力装置においては、前記基板上に略４角形をなす座標入力面を設けると共に、この座標入力面の３つの頂点上に３つの振動検出手段を設け、前記演算手段は３つの振動検出信号に基づいて前記座標入力面の振動発生位置を２次元座標として求めることにより、３つの振動検出手段から得られる３つの振動検出信号に基づいて入力位置を２次元情報として特定することができるという作用、効果が得られる。
【００１１】
また、本発明による座標入力装置においては、前記基板上に複数の凸部を設けることにより、位置入力部材を当接させた際の振動発生位置を検出するのみならず、位置入力部材を当接させたままで基板上を移動させた際に発生する複数の凸部による振動に基づいて位置入力部材の移動の軌跡も検出することができる。これにより、文字・図形・曲線等を描くことができるという作用、効果が得られる。
【００１２】
また、本発明による座標入力装置においては、前記演算手段により複数の振動検出手段からそれぞれ得られる振動検出信号のレベルに基づいて基板上の振動発生位置における振動レベルを演算することにより、ペン先等の位置入力部材が当接するときの強度（筆圧）に応じた文字・図形・曲線等を描くことができるという作用、効果が得られる。
【００１３】
さらに、本発明による座標入力装置においては、前記基板に当接させて基板に振動を発生させる位置入力部材を設けることにより、位置入力部材としては例えば、ペン等の先が尖っているような簡単な構造のものでよいので、特殊な構造を持つものを用いることなく、入力操作が簡単で装置を小型化できると共に、安価に提供できるという作用、効果が得られる。
【００１４】
また、本発明による表示装置は、上記のような構成を有する座標入力装置における前記基板を透明基板とし、この透明基板を表示面上に取り付けると共に、前記座標入力装置で求められた振動発生位置を表示面に表示する表示手段を設けたたことを特徴とするものである。
従って、本発明による表示装置によれば、上記座標入力装置における前記作用、効果を得ることができると共に、使用者は自分が入力した位置が同時に表示されるので、入力位置を確認しながら入力操作を行うことができるという作用、効果が得られる。
【００１５】
また、本発明による表示装置においては、前記表示手段の具体例として例えば液晶表示装置を挙げることができる。その場合、前記表示面を液晶表示装置を構成する上側基板の基板面とすることにより、上記座標入力装置における前記作用、効果を得ることができる液晶表示装置を提供することができる。
【００１６】
また、本発明による表示装置においては、前記透明基板が液晶表示装置を構成する上側基板を兼ねることにより、上記座標入力装置における前記作用効果が得られると共に、基板を別に設ける必要がないので、部品点数を減らすことができる。なお、ここで言う「上側基板」とは、前面側の透明基板自体、もしくはその透明基板に貼付した偏光板等を含むものである。
【００１７】
また、本発明による表示装置においては、前記表示手段の具体例として例えば有機ＥＬを用いた表示装置を挙げることができる。その場合、前記表示面を有機ＥＬを用いた表示装置を構成する上側基板の基板面とすることにより、上記座標入力装置における前記作用、効果を得ることができる表示装置を提供することができる。
【００１８】
また、本発明による表示装置においては、前記透明基板が有機ＥＬを用いた表示装置を構成する上側基板を兼ねることにより、上記座標入力装置における前記作用効果が得られると共に、基板を別に設ける必要がないので、部品点数を減らすことができる。なお、ここで言う「上側基板」とは、前面側の透明基板自体、もしくはその透明基板に貼付した保護用の基板を含むものである。
【００１９】
また、本発明の他の表示装置は、基板と、該基板上もしくは該基板の周辺に設けられ、振動を検出する振動検出手段と、スイッチング手段とを有し、該振動検出手段が、前記基板への物体の当接によって発生する振動や音を検出したときに前記スイッチング手段を作動させる構成となっていることを特徴とするものである。
【００２０】
この表示装置においては、例えば基板上の任意の入力位置にペン先、爪等の位置入力部材を当接させてその衝撃により基板に振動や音が発生したときに、この振動や音を振動検出手段が検出して複数の振動検出信号を得ることによりスイッチング手段を作動させることができる。この構成により、上述した座標入力機能に代えて、表示装置のオン／オフ動作や各種操作を行うためのスイッチング機能を有するものとなる。また、座標入力機能とスイッチング機能の双方を兼ね備えたものとしてもよい。
【００２１】
また、本発明による電子機器は、前記の構成を有する表示装置を備えたものである。
従って、本発明による電子機器によれば、前記座標入力装置及び表示装置における前記作用、効果が得られる電子機器を提供することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１〜第１１の実施の形態を図面と共に説明する。
［第１の実施の形態］
まず、本発明の第１の実施の形態について説明する。
図１は第１の実施の形態による座標入力装置を用いた表示システムを示すブロック図である。
図１において、表示装置１の表示面には基板２が設けられている。この基板２は、ガラス、アクリル板等の透明で比較的硬い材質からなるものが好ましい。基板２には略４角形をなす所定の座標入力面２ａが設けられている。基板２の座標入力面２ａの対角位置には２つの振動検出器３Ａ、３Ｂが設けられている。この振動検出器３Ａ、３Ｂとしては、例えば圧電素子が用いられ、場合によってはマイクロホン等を用いてよい。
【００２３】
本実施の形態においては、座標入力面２ａ上の任意の入力位置２ｂに、ペン先や指の爪等の比較的硬いもの（以下、位置入力部材と言う）を当接したときに、その衝撃により基板２に発生する振動（音を含む）を振動検出器３Ａ、３Ｂで検出することを特徴としている。
ここで発生し、また検出される振動としては、例えば基板自身を伝わる振動や表面を伝播する表面弾性波、または当接時に発生し空気中を伝播する音がある。これらの中のどの振動を用いるかは、基板２の材質や、検出器の種類によって決められる。
従って、従来のように振動子等を有する特殊な構造のペン等を必要とせず、また電極を設ける必要もない。
【００２４】
振動検出器３Ａ、３Ｂで検出され電気信号に変換されたアナログの振動検出信号は、それぞれバッファアンプ４Ａ、４Ｂを介してＡ／Ｄ変換器５Ａ、５Ｂに入力され、所定周波数のＡ／Ｄ変換クロックＡＤＣＫにより１ビットのデジタル振動検出信号に変換される。このとき上記クロックＡＤＣＫのクロックが高いほど検出精度が高くなる。この２つの振動検出信号は差分演算部６に入力されてそれらの時間差が求められる。次に、座標演算部７は求められた時間差に基づいて入力位置２ｂの１次元座標を求める。この座標演算部７は、入力位置２ｂの座標を所定の演算により求めてもよく、あるいは時間差と座標が対応して記載されたＬＵＴ（ルックアップテーブル）を用いてもよい。
【００２５】
座標演算部７で求められた入力位置２ｂの座標はＣＰＵ８に送られて所定の処理が行われ、処理された信号は表示コントローラ９で所定形式の表示信号に変換され表示装置１に送られることにより、入力位置２ｂが１次元座標として表示される。使用者は表示された位置を透明な基板２を通して見ることができる。
【００２６】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
図２は第２の実施の形態による座標入力装置を用いた表示システムを示すもので、第１の実施の形態の応用例である。本実施の形態では、表示装置１の表示面、又は基板２の座標入力面２ａに図示のように選択項目（１）（２）（３）をｙ方向に表示し、その中からどれか１つの項目を選択する場合を示している。他の部分の構成は図１と同じである。
【００２７】
図２において、ペン先等の位置入力部材を座標入力面２ａ上の選択項目の一つに当接させる。そのとき発生する振動が振動検出器３Ａ、３Ｂで電気信号に変換され、図３（ａ）（ｂ）に示すアナログの振動検出信号が得られる。この信号を１ビットのＡ／Ｄ変換器５Ａ、５Ｂにより図３（ｃ）（ｄ）に示すデジタル振動検出信号に変換する。次に、差分演算部７により２つのデジタル振動検出信号の立ち上がりｔ1 、ｔ2 の時間差Δｔ＝ｔ1 −ｔ2 を求める。次に座標演算部７は、求められた時間差Δｔから振動の発生位置（入力位置）を演算、又はＬＵＴによりｙ方向の１次元座標情報として求める。
【００２８】
この場合、時間差Δｔは図３（ｅ）のクロックＡＤＣＫの個数として求められ、この個数に基づいて選択された項目が検出される。以下に一例を示す。尚、数値はクロックの個数を示す。
−１≦Δｔ≦１ ────中央〔項目（２）〕
−４≦Δｔ≦−２────上側〔項目（１）〕
２≦Δｔ≦４ ────下側〔項目（３）〕
【００２９】
ＣＰＵ８は上記選択された項目を表示するための処理を行い、表示コントローラ９を通じて選択された項目が表示装置１に表示される。表示形態としては、例えば選択された項目部分を所定の色や輝度等で表示するようにしてよい。
【００３０】
以上説明した第１、第２の実施の形態によれば、入力位置を指示する位置入力部材として従来のような特殊な構造のペン等を必要とせず、通常のペン、ボールペン、鉛筆や指の爪等で充分であり、また、従来の抵抗膜方式、静電容量方式の座標入力装置のように電極を設ける必要がない。
従って、入力操作が簡単で使い勝手がよく、また、構成が簡単で小型・堅牢にでき、信頼性の高い座標入力装置を安価に提供することができる。
また、特定された振動発生位置が表示面に表示されるので、使用者は自分の入力した位置を透明な基板２を透して視認しながら確実に位置入力することができる。
【００３１】
なお、第１、第２の実施の形態においては、差分演算部６はカウンタで構成され、クロックＡＤＣＫをカウントしているが、差分演算部６に周波数のより高い別のクロックを供給してカウントするようにしてもよい。
【００３２】
また、バッファアンプ４Ａ，４Ｂにゲイン調節機能を持たせ、振動や音の検出感度を調節できるように構成してもよい。この構成とすれば、周囲の音や、非使用時における不要な接触によって、意図しない動作が起こらないようにすることができる。ゲインは初期設定として予め設定しておくようにしてもよいし、使用者が使用環境や好みに応じて設定できるようにしてもよい。また、使用する目的に応じ、自動的に最適なゲインが設定されるように構成することもできる。
【００３３】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。
図４は第３の実施の形態による座標入力装置を用いた表示システムを示すもので、３つの振動検出器３Ａ、３Ｂ、３Ｃを座標入力面２ａの３つの頂点付近に設けて、入力位置２ｂを２次元座標として求めるようにしたものである。図示の例では、表示装置１の表示面又は座標入力面２ａに地図が表示されており、この地図上の一地点を入力位置２ｂとして座標入力するようにしたものである。また、３つの振動検出器３Ａ、３Ｂ、３Ｃに対応して、３つのバッファアンプ４Ａ、４Ｂ、４Ｃ及び３つのＡ／Ｄ変換器５Ａ、５Ｂ、５Ｃが設けられている。
【００３４】
位置入力部材を座標入力面２ａの任意の入力位置２ｂに当接すると、その衝撃により３つのアナログ振動検出信号が得られ、これをＡ／Ｄ変換することにより３つのデジタル振動検出信号が得られる。この３つのデジタル振動検出信号のうち、まず、座標入力面２ａのｘ方向に属する２つの振動検出器３Ａ、３Ｂで検出された２つの信号の立ち上がり時間差を求める。求められた時間差からｘ方向についての振動発生位置を１次元座標情報として求める。
【００３５】
次に、上記３つのデジタル振動検出信号のうち、ｙ方向に属する２つの振動検出器３Ａ、３Ｃで検出された２つの信号の立ち上がり時間差を求める。求められた時間差からｙ方向についての振動発生位置を１次元座標情報として求める。上記ｘ，ｙの２方向について求められた２つの振動発生位置に基づいて、基板２上の振動発生位置（入力位置２ｂ）を２次元座標として特定することができる。
【００３６】
本実施の形態においても第１、第２の実施の形態と同様、バッファアンプ４Ａ，４Ｂ，４Ｃにゲイン調節機能を持たせ、振動や音の検出感度を調節できるように構成してもよい。この構成とすれば、周囲の音や、非使用時における不要な接触によって、意図しない動作が起こらないようにすることができる。ゲインは初期設定として予め設定しておくようにしてもよいし、使用者が使用環境や好みに応じて設定できるようにしてもよい。また、使用する目的に応じ、自動的に最適なゲインが設定されるように構成することもできる。
【００３７】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。
図５は第４の実施の形態による座標入力装置で用いられる基板２の構造を示す断面図である。図示のように本実施の形態の場合、基板２の座標入力面２ａに複数の凸部２ｃが設けられている。また、この基板２には３つの振動検出器３Ａ、３Ｂ、３Ｃが図４の場合と同様に座標入力面２ａの３つの頂点付近に設けられている。本実施の形態による座標入力装置は、上記構成により文字・図形・曲線等を入力できるようにしたものである。
【００３８】
次に、上記構成を有する座標入力装置を用いた表示システムにおいて曲線を入力する場合について説明する。尚、表示システムの構成は基本的に図４に示した第３の実施の形態の場合と同様であるが、Ａ／Ｄ変換器５Ａ、５Ｂ、５Ｃとしては例えば４値の信号が得られる２ビットのものが用いられる。
図５において、ペン先等の位置入力部材１０を座標入力面２ａに接触させながら矢印方向に移動させると、基板上には、接触による一定の大きさの振動に、位置入力部材１０が各凸部２ｃに順次当接することによるものが加わった振動が生じる。その結果、３つの振動検出器３Ａ、３Ｂ、３Ｃより、図６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す波形を有する３つのアナログ振動検出信号が得られる。この信号は図６（ｄ）（ｅ）（ｆ）に示すようなそれぞれ４値のデジタル振動検出信号に変換される。
【００３９】
次に、上記３つのデジタル振動検出信号から、位置入力部材１０と凸部２ｃとの当接により生じた特徴的な波形を抽出することにより、図６（ｇ）（ｈ）（ｉ）に示すようなパルス波形を得る。この抽出は（ｄ）（ｅ）（ｆ）の４階調の信号波形を所定の判定レベルで判定してピーク値を検出することにより行われる。また、このときレベルの低い波形部分は、位置入力部材１０と基板２との接触を示し、位置入力部材１０の接触開始及び終点の情報を得ることができる。例えば終点の情報は、振動がなくなった時間の検出により得られる。上記抽出された各パルス波形は、図示のように同じ凸部２ｃについて３つの振動検出器３Ａ、３Ｂ、３Ｃでそれぞれ検出された波形が時間的にずれたものとなっている。
【００４０】
そこで、得られたパルス波形を、発生時間、順序などからグループ１〜３のようにグループ分けし、それぞれを特定の凸部２ｃに対応させる。そして、各グループ毎に前記第３の実施の形態で述べた手順により振動発生位置を２次元座標情報としてそれぞれ特定する。次に、図７に示すように、時間的にずれて求められたグループ毎の各振動発生位置データを時間順に並べることにより、ペン先等の位置入力部材１０が移動した軌跡を求めることができる。従って、これらのデータにより文字・図形・曲線等を電子機器に入力して表示することができる。
【００４１】
尚、凸部２ｃの形状としては、エンボス状、凸条、その他目的に応じて様々の形状のものを、周期的あるいは不規則に設けるようにしてよい。
また、位置入力部材１０としては、通常のペン、ボールペン、鉛筆、指の爪、先の尖った棒等の比較的硬い材質からなるものが好ましい。
【００４２】
［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。
前述した第１〜第４の実施の形態においては、各デジタル振動検出信号の立ち上がりの時間差に基づいて振動発生位置を１次元又は２次元座標として検出しているが、本実施の形態においては、各振動検出器から得られるアナログ振動検出信号〔例えば図３（ａ）（ｂ）、図６（ａ）（ｂ）（ｃ）〕を複数ビットにＡ／Ｄ変換することにより、振動レベルに応じたデジタル振動検出信号を得、振動発生位置を求める際に、その振動レベルも求めるようにしている。
【００４３】
このようにすることにより、各振動検出器から基板に位置入力部材が当接する際の圧力、即ち、筆圧に応じたレベルを有する振動検出信号を得ることができるので、振動発生位置を特定すると共に、筆圧に応じた文字・図形・曲線等を描くことができる。例えば筆圧に応じて線の太さを変えたり、あるいは濃淡や色を表現することができる。
【００４４】
［第６の実施の形態］
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。
図８は前述した各実施の形態による座標入力装置を用いた表示装置としてのパッシブマトリクス型の透過型液晶表示装置１００を示すものである。
図８において、液晶表示装置１００は、液晶パネル２００と液晶パネル２００の背面側（図の下方）に設けられた照明装置（バックライト）３００とから構成されている。
【００４５】
液晶パネル２００においては、下側基板１０１と上側基板１０２とが対向配置され、これらの基板間に液晶層（図示せず）が挟持されており、下側基板１０１と照明装置３００との間、及び上側基板１０２の外側（観察者側）には、それぞれ偏光板１０５、１０６が取り付けられている。また、下側基板１０１の液晶層側表面上には、多数の信号電極１０３がストライプ状に設けられ、これと対向する上側基板１０２の液晶層側表面上には、多数の信号電極１０３と交差する方向に延在する多数の信号電極１０４がストライプ状に設けられている。
【００４６】
上記偏光板１０６は座標入力装置における前記基板２を兼ねるものであり、この偏光板１０６には、３つの振動検出器３Ａ、３Ｂ、３Ｃが設けられている。尚、１次元座標情報を得る場合は、２つの振動検出器３Ａ、３Ｂが設けられることになる。
本実施例においては振動検出器を偏光板上に設け、座標検出面としたが、検出器を例えばガラス基板１０２上に設けて座標検出面としてもよい。
【００４７】
［第７の実施の形態］
また、本発明の第７の実施の形態として、偏光板１０６には振動検出器３Ａ、３Ｂ、３Ｃを設けずに、振動検出器３Ａ、３Ｂ、３Ｃを設けた前記基板２を偏光板１０６の上面に重ねて設けるようにしてもよい。
【００４８】
また、第６、第７の実施の形態においては、パッシブマトリクス型の透過型液晶表示装置１００について説明したが、本発明はこれに限らず、ＴＦＤ(Thin-Film Diode) 素子に代表される２端子型素子やＴＦＴ(Thin-Film Transistor)に代表される３端子型素子を用いるアクティブマトリクス型の液晶表示装置にも適用することができ、透過型又は半透過型や反射型の液晶表示装置であれば、いかなる液晶表示装置にも適用することができる。
また表示装置として、ここでは液晶表示装置の例を示したが、勿論それだけではなく、有機ＥＬ、ＬＥＤ、ＣＲＴ、ＰＤＰなど、あらゆる種類の表示装置に用いることができる。
【００４９】
［第８の実施の形態］
次に、本発明の第８の実施の形態について説明する。
図９は第６、第７の実施の形態において説明した液晶表示装置を用いた電子機器としてのワープロ、パソコン等の携帯型情報処理装置を示すものである。
図９において、４００は情報処理装置を示し、４０１はキーボード、４０３は情報処理本体、４０２は上記液晶表示装置を備えた液晶表示部である。この液晶表示部４０２には、振動検出器３Ａ、３Ｂ、３Ｃを設けることにより、本発明による座標入力装置が組み込まれている。
【００５０】
［第９の実施の形態］
次に、本発明の第９の実施の形態について説明する。
図１０は第６、第７の実施の形態において説明した液晶表示装置を用いた電子機器としての複合型ＰＤＡ(Personal Digital Assistants) を示すもので、図示のようにＰＤＡ５００の液晶表示部５０１に振動検出器３Ａ、３Ｂ、３Ｃを設けることにより、本発明による座標入力装置が組み込まれている。
【００５１】
これら電子機器においては、上記実施の形態の座標入力装置を備えたことにより、比較的簡単な構成で座標入力機能を有する液晶表示部を備えた電子機器を実現することができる。
【００５２】
［第１０の実施の形態］
次に、本発明の第１０の実施の形態について説明する。
図１１は第１０の実施の形態による座標入力装置を用いた表示システムを示すブロック図である。本実施の形態は、例えば第９の実施の形態の複合型ＰＤＡに組み込まれた液晶表示装置であって、例えば第１の実施の形態と同様の座標入力装置を備えたものである。座標入力装置の基本構成は第１の実施の形態と同様であるため、図１１において図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５３】
第１の実施の形態では基板２上に振動検出器３Ａ、３Ｂを配置したのに対し、本実施の形態では、表示装置１の基板２が液晶表示装置の上側ガラス基板であって、図１１に示すように、長方形状の座標入力面２ａの外側に額縁状に機器筐体の外枠２０が設けられており、外枠２０上に振動検出器３Ａ、３Ｂが設けられている。２つの振動検出器３Ａ、３Ｂは、基板２の座標入力面２ａの対角位置に設けられており、本実施の形態の振動検出器３Ａ、３Ｂとしては、例えばマイクロホンが好適に用いられる。
【００５４】
本実施の形態においては、座標入力面２ａ上の任意の入力位置２ｂにペン先等の位置入力部材を当接したときに、その衝撃により発生する音を振動検出器３Ａ、３Ｂで検出する構成となっている。その後の位置座標の検出方法は第１の実施の形態と全く同様である。すなわち、振動検出器３Ａ、３Ｂで検出されたアナログの振動検出信号は、それぞれバッファアンプ４Ａ、４Ｂを介してＡ／Ｄ変換器５Ａ、５Ｂに入力され、デジタル振動検出信号に変換される。２つの振動検出信号が差分演算部６に入力されてそれらの時間差が求められ、座標演算部７はその時間差に基づいて入力位置２ｂの１次元座標を求める。座標演算部７で求められた入力位置２ｂの座標はＣＰＵ８に送られて所定の処理が行われ、処理された信号は表示コントローラ９で所定形式の表示信号に変換されて表示装置１に転送され、入力位置２ｂが１次元座標として表示される。使用者は表示された位置を透明な基板２を通して見ることができる。
【００５５】
本実施の形態においても、位置入力部材として従来のような特殊な構造のペン等を必要とせず、通常のペンや指の爪等で充分であり、従来の抵抗膜方式、静電容量方式の座標入力装置のように電極を設ける必要がない、入力操作が簡単で使い勝手がよく、構成が簡単で信頼性の高い座標入力装置を安価に提供できる等、上記の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００５６】
［第１１の実施の形態］
次に、本発明の第１１の実施の形態について説明する。
図１２は第１１の実施の形態の表示装置におけるブロック図である。本実施の形態は、例えば第９の実施の形態の複合型ＰＤＡに組み込まれた液晶表示装置である。
上記第１〜第１０の実施の形態では、位置入力部材を基板に当接させた際に発生する振動により座標入力を行う例を示したが、本実施の形態では、位置入力部材を基板に当接させた際に発生する振動によって液晶表示装置における何らかのスイッチング動作を行わせる例を挙げて説明する。
【００５７】
本実施の形態では、図１２に示すように、表示装置１の基板２の座標入力面２ａの外側に機器筐体の外枠２０が設けられており、外枠２０上に振動検出器３Ｂが設けられている。座標入力を行う場合には２個以上の振動検出器を用いたが、スイッチング動作を行わせる本実施の形態の場合には、基板２の周辺もしくは基板２上の任意の位置に振動検出器３Ｂを１個設けるだけでよい。振動検出器３Ｂとしては例えばマイクロホンを用いることができるが、基板上に設ける場合には圧電素子等を用いてもよい。
【００５８】
本実施の形態においては、座標入力面２ａ上の任意の位置２ｂにペン先等の位置入力部材を当接したときに発生する音や振動を振動検出器３Ｂで検出する構成となっている。振動検出器３Ｂで検出されたアナログの振動検出信号は、バッファアンプ４Ｂを介してＡ／Ｄ変換器５Ｂに入力され、デジタル振動検出信号に変換される。振動検出信号がＣＰＵ８に送られて所定の処理が行われ、処理された信号はスイッチング回路３０（スイッチング手段）に入力され、表示装置１にて例えば電源のオン／オフ動作やその他の操作を行うことができる。例えば電源のオン／オフ動作を行う場合であれば、装置の主電源は入れた状態で装置がスタンバイ状態のとき、振動検出器３Ｂが音や振動を拾うと、それをトリガーとしてスイッチング回路３０が装置をオン状態とするように構成すればよい。
【００５９】
本実施の形態によれば、上述したような座標入力機能のみならず、ほぼ同様の構成で音や振動をトリガーとして表示装置のオン／オフ動作や各種操作を行うためのスイッチング機能を有するものとなる。例えば電源のオン／オフ動作を行うように構成すれば、非使用時には装置をスタンバイ状態とし、位置入力部材を当接しただけでオン状態とすることができるので、低消費電力化が図れるとともに操作性の良いものとなる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、従来の座標入力装置で用いられていたような特殊な構造をもつペン等を用いる必要がなく、ペン先等や指先等を用いて簡単に入力操作を行うことができ、かつ簡単な構成により信頼性の高い小型で安価な座標入力装置を提供することができる。
また、振動や音の検出による座標入力機能やスイッチング機能を備えた液晶表示装置等の表示装置や、携帯型情報処理装置等の電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態による座標入力装置を用いた表示システムを示す構成図である。
【図２】 本発明の第２の実施の形態による座標入力装置を用いた表示システムを示す構成図である。
【図３】 本発明の第２の実施の形態による座標入力装置を用いた表示システムの動作を示すタイミングチャートである。
【図４】 本発明の第３の実施の形態による座標入力装置を用いた表示システムを示す構成図である。
【図５】 本発明の第４の実施の形態による座標入力装置の基板の構造を示す断面図である。
【図６】 本発明の第４の実施の形態による座標入力装置を用いた表示システムの動作を示すタイミングチャートである。
【図７】 本発明の第４の実施の形態による座標入力装置により描かれる曲線の一例を示す構成図である。
【図８】 本発明の第６の実施の形態による液晶表示装置の分解斜視図である。
【図９】 本発明の第８の実施の形態による電子機器としての携帯型情報処理の外観図である。
【図１０】 本発明の第９の実施の形態による電子機器としての複合型ＰＤＡの外観図である。
【図１１】 本発明の第１０の実施の形態による座標入力装置を用いた表示システムを示す構成図である。
【図１２】 本発明の第１１の実施の形態による表示装置のシステムを示す構成図である。
【符号の説明】
１ 表示装置
２ 基板
２ａ 座標入力面
２ｂ 入力位置
２ｃ 凸部
３Ａ、３Ｂ、３Ｃ 振動検出器
５Ａ、５Ｂ Ａ／Ｄ変換器
６ 差分演算部
７ 座標演算部
８ ＣＰＵ
９ 表示コントローラ
１０ 位置入力部材
１００ 液晶表示装置
１０６ 偏光板
２００ 液晶パネル
４００ 携帯型情報処理装置
４０２ 液晶表示部
５００ 複合型ＰＤＡ
５０１ 液晶表示部
Claims (11)
- 基板と、
前記基板上に設けられた座標入力面と、
第１の振動検出手段と、
第２の振動検出手段と、を含み、
前記第１の振動検出手段により第１の振動検出信号が得られ、
前記第２の振動検出手段により第２の振動検出信号が得られ、
前記第１の振動検出信号から位置入力部材と前記基板との接触が開始した第１の開始時間及び前記位置入力部材と前記座標入力面との接触が終了した第１の終了時間を特定し、
前記第２の振動検出信号から前記位置入力部材と前記基板との接触が開始した第２の開始時間及び前記位置入力部材と前記座標入力面との接触が終了した第２の終了時間を特定し、
前記第１の開始時間から前記第１の終了時間までの前記第１の振動検出信号から第１のパルス波形を生成し、
前記第２の開始時間から前記第２の終了時間までの前記第２の振動検出信号から第２のパルス波形を生成し、
少なくとも前記第１のパルス波形及び前記第２のパルス波形に基づいて、前記位置入力部材と前記座標入力面とが接触したことにより振動が発生した位置である振動発生位置を特定することを特徴とする座標入力装置。 - 前記第１の終了時間及び前記第２の終了時間は、前記位置入力部材と前記座標入力面との接触による振動がなくなった時間を検出することにより特定されることを特徴とする請求項１に記載の座標入力装置。
- 前記第１の振動検出信号及び前記第２の振動検出信号は、ともに４値のデジタル振動検出信号であることを特徴とする請求項１又は２に記載の座標入力装置。
- 前記座標入力面は略４角形状を有しており、
前記座標入力面の対向する２辺のうち一方には、前記第１の振動検出手段が設けられ、
前記２辺のうち他方には、前記第２の振動検出手段が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の座標入力装置。 - 第３の振動検出手段をさらに含み、
前記第３の振動検出手段により第３の振動検出信号が得られ、
前記振動発生位置を２次元座標として求めることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の座標入力装置。 - 前記振動発生位置の振動レベルを求める機能を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の座標入力装置。
- 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の座標入力装置と、
前記座標入力装置で求められた前記振動発生位置を表示する表示手段と、を含むことを特徴とする表示装置。 - 前記表示手段が液晶表示装置であることを特徴とする請求項７に記載の表示装置。
- 前記表示手段が有機ＥＬ素子により構成されていることを特徴とする請求項７に記載の表示装置。
- 前記表示手段の各種動作もしくは操作を行うためのスイッチング手段をさらに含むことを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の表示装置。
- 前記スイッチング手段は、前記第１の振動検出信号が発生したときに作動することを特徴とする請求項１０に記載の表示装置。
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