JP4143377B2 - ペン入力表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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、透明タブレットと液晶表示パネルとを一体構成したタブレット一体型液晶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液晶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液晶表示パネルは、液晶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液晶表示パネルでは、ペン入力を行う際には液晶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、液晶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液晶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輝度が低下するといった問題もある。
【０００４】
そこで、液晶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、液晶表示パネルに搭載された受信器によって受信し、その受信結果から液晶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８ないし図１１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８（ａ）に示すように、液晶表示パネル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１１０は、図８（ｂ）にも示すように、超音波送信器１１１、赤外線送信器１１２を有している。また、入力用ペン１１０はペン先がスイッチ１１３となっている。
【０００７】
また、入力用ペン１１０には、図９に示すように、増幅回路１１４・１１５を介して超音波送信器１１１、赤外線送信器１１２の出力制御を行うマイクロコンピュータ１１６が内蔵されている。すなわち、上記マイクロコンピュータ１１６は、入力用ペン１１０が液晶表示パネル１００に接触し、ペン先のスイッチ１１３がＯＮとなった時に、上記超音波送信器１１１および赤外線送信器１１２から信号を発信させる。また、上記超音波送信器１１１、赤外線送信器１１２、増幅回路１１４・１１５およびマイクロコンピュータ１１６の駆動電源は入力用ペン１１０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１１０が液晶表示パネル１００に接触すると、ペン先に内蔵されたスイッチ１１３が入り、超音波送信器１１１より超音波信号が、赤外線送信器１１２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１０参照）。
【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１１１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１１１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１１に示すように、超音波送信器１１１と超音波受信器１０２との距離Ｌ1、超音波送信器１１１と超音波受信器１０３との距離Ｌ2、超音波受信器１０２と超音波受信器１０３との距離Ｌ0が得られると、これら３つの距離より超音波送信器１１１の位置を液晶表示パネル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１１１の検出座標位置がペン先座標位置として用いられる。
【００１３】
上述のような超音波ペン入力方式であれば、液晶表示パネル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。
【００１４】
しかしながら、上記特許文献１で示されるような超音波ペン入力方式を利用する場合、正確な入力位置検出をするためには超音波送信器１１１を入力用ペン１１０の先端に取り付けなければならない。しかし、超音波送信器１１１は現状で小さくても厚さ５ｍｍ、高さ５ｍｍと、ペン先に内蔵するのは物理的に不可能である。よって、実際には入力用ペン１１０の先端からやや離れた上方の位置に超音波送信器１１１を取り付けることになる。
【００１５】
したがって、ペン入力時において入力用ペン１１０が傾いていると、図１２に示すように、実際のペン先座標位置と上記検出方法の演算にて求められた表示座標位置（すなわち超音波送信器１１１の検出座標位置）との間に誤差が生じてしまい、結果、描画面上におけるペン先の正確な位置検出ができないという不具合がある。
【００１６】
上記問題の解決策として、入力用ペンに２つの超音波送信器を備えてなる超音波ペン入力方式が例えば特許文献２に開示されている。
【００１７】
２つの超音波送信器を用いた超音波ペン入力方式では、図１３に示すように、入力用ペン１１０’に２個の超音波送信器１１７・１１８を内蔵している。そして、超音波送信器１１７・１１８のそれぞれにおいて、超音波受信器１０２（および１０３）からの距離Ｌａ・Ｌｂを検出する。検出した距離Ｌａ・Ｌｂから入力用ペン１１０’の傾きを補正し、ペン先の位置座標を幾何学的に算出することで、実際のペン先座標位置と演算にて求められる表示座標位置とを一致させることができる。
【００１８】
超音波送信器を２個用いた場合の傾き補正方法についてより詳細に説明すると以下の通りである。
【００１９】
この場合のペン入力システムにおいて、図１４に示すように、液晶表示パネル１００およびペン入力用ユニット１０１の構成は、超音波送信器を１個用いる場合と同様である。また、上記ペン入力システムは、ペン入力用ユニット１０１における検出結果に基づいて液晶表示パネル１００での表示制御を行うＣＰＵ等からなる表示制御部１２０を備えている。
【００２０】
入力用ペン１１０’の超音波送信器１１７・１１８のそれぞれから送信された超音波信号は、ペン入力用ユニット１０１に搭載された２個の超音波受信器１０２・１０３の両方において受信・検出される。以下の説明では、超音波受信器１０２での受信後の処理について示す。
【００２１】
超音波受信器１０２における検出値は上述した信号到達時間であり、超音波送信器１１７・１１８のそれぞれについての信号到達時間を時間値Ａ・Ｂとする。時間値Ａ・Ｂのそれぞれは、制御部１２０の検出値処理部１２１ａ・１２１ｂに送られ、そこで時間値から距離値（検出値Ａ・Ｂ）に変換される。この変換は、時間値Ａ・Ｂのそれぞれに音速を乗ずることによって行われる。
【００２２】
検出値Ａ・Ｂは共に傾き補正処理部１２２に送信され、該傾き補正処理部１２２において傾き補正した値（補正検出値）に変換される。ここで、傾き補正の方法について図１５を参照して以下に説明する。
【００２３】
図１５中の表記について、Ｌはペン先−受信器間距離（すなわち補正検出値）、Ｌａは超音波送信器１１７−受信器間距離（すなわち検出値Ａ）、Ｌｂは超音波送信器１１８−受信器間距離（すなわち検出値Ｂ）である。また、ｄ１は入力用ペン１１０’におけるペン先−超音波送信器１１７間距離、ｄ２は入力用ペン１１０’における超音波送信器１１７−超音波送信器１１８間距離であり、さらに、ペン先−超音波送信器１１７間距離ｄ0はｄ0＝ｄ1＋ｄ2として表される。尚、ｄ0，ｄ1，ｄ2は、入力用ペン１１０’における超音波送信器１１７・１１８の搭載位置によって任意に決まる値（定数）である。
【００２４】
そして、補正検出値となるペン先−受信器間距離Ｌは、上記既知の値Ｌａ，Ｌｂ，ｄ0，ｄ1，ｄ2を用いて以下の式（１）によって算出される。
【００２５】
【数１】
【００２６】
こうして求められたペン先−受信器間距離Ｌ、すなわち補正検出値は、上述の説明では超音波受信器１０２について求められたものであるが、同様の方法で超音波受信器１０３についても求められる。超音波受信器１０２・１０３のそれぞれについて求められた補正検出値は、座標変換処理部１２３において液晶表示パネル１００上の（Ｘ，Ｙ）座標値に変換される。上記（Ｘ，Ｙ）座標値は、座標表示処理部１２４において液晶表示パネル１００上での表示処理に用いられる。
【００２７】
このように、超音波送信器を２個用いた超音波ペン入力方式では、入力用ペンが傾いた状態でもペン先座標位置と表示座標位置との間に誤差が生じない、良好なペン入力を実現することができる。
【００２８】
【特許文献１】
米国特許第４８１４５５２号明細書
【００２９】
【特許文献２】
特開昭６１−４４３７８号公報
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記特許文献２に示すような超音波送信器を２個用いたペン入力方式においても以下に示すような問題がある。すなわち、上記方式では入力用ペンに超音波送信器を２個内蔵することで傾き補正を行い、位置座標表示を行っているため、図１６（ａ）に示すように、２個の超音波送信器が共に正しく動作している必要がある。
【００３１】
言い換えれば、上記２個の超音波送信器のうち１個でもノイズ等による誤作動を発生した場合には、図１６（ｂ）に示すように、その位置表示動作（すなわち、検出補正値Ｌの軌跡）にも誤作動が生じる。つまり、超音波送信器を２個用いたペン入力方式では、超音波送信器が１個の場合に比べて誤作動確率が２倍となる。これは、上述の式（１）において、補正検出値Ｌの算出には２個の超音波送信器のそれぞれに対する検出値Ｌａ・Ｌｂが共に正しく検出されている必要がある、ということから明らかである。
【００３２】
さらに、２個の超音波送信器のうちの一方にでも故障が生じた場合、それは入力用ペン自身、ひいてはペン入力表示装置自体の故障に繋がる。
【００３３】
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、入力用ペンの傾きによる誤差の無い良好なペン入力を実現することができ、かつ、誤作動や故障発生の確率が低いペン入力表示装置を提供することにある。
【００３４】
【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、該入力用ペンが少なくとも２つの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、超音波送信手段と超音波受信手段との間の各距離の距離値を検出する距離検出手段と、上記距離検出手段で検出される距離値に基づいて、上記超音波送信手段のそれぞれについて誤作動の有無の検出を行う誤作動検出手段とを備えており、上記誤作動検出手段にて２つ以上の超音波送信手段における誤作動が無いと判断された場合には、上記距離検出手段によって検出された距離値から入力用ペンの傾き補正を含んだ入力座標検出を行い、上記誤作動検出手段にて１つの超音波送信手段においてのみ誤作動が無いと判断された場合には、上記距離検出手段によって検出された距離値のうち、誤作動が無い超音波送信手段に対して検出された距離値を用いて、入力用ペンの傾き補正を含まない入力座標検出を行うことを特徴としている。
【００３５】
上記の構成によれば、上記距離検出手段において超音波送信手段と超音波受信手段との間の各距離値が求められ、これらの距離値から表示パネル上での入力座標が幾何学的に算出される。また、上記誤差検出手段では、上記距離値に基づいて、上記超音波送信手段のそれぞれについて誤作動の有無の検出が行われ、誤作動有りの検出時には、誤作動の発生した超音波送信手段の特定が可能となる。
【００３６】
このため、２つ以上の超音波送信器において誤作動が無く動作が正常な場合には、入力用ペンの傾き補正を含む、ペン先座標と表示座標との間のずれが無い高精度の入力座標検出を行うことができる。また、超音波送信器の一つしか正常でない場合には、異常のある超音波送信器に対する距離値を用いず、入力用ペンの傾き補正を含まない入力座標検出を行う。
【００３７】
これにより、入力用の透明タブレットを用いることなく視差・透過率の低下がない良好な表示品位を保ち、かつ入力用ペンの傾き補正を行った高精度の座標入力が行えると共に、誤作動が少なく、故障にも強いペン入力表示装置を実現できる。
【００３８】
また、上記ペン入力表示装置においては、上記距離検出手段は、特定の組み合わせの超音波送信手段と超音波受信手段とに対して検出される距離値を所定時間間隔で連続して検出し、上記誤作動検出手段は、連続して検出された上記距離値の変化状態に基づいて該距離値の検出結果が異常であるか否かを判断し、該距離値の検出結果が異常であると判断した場合に、上記組み合わせにおける超音波送信手段の誤作動を検出する構成とすることができる。
【００３９】
上記の構成によれば、上記距離検出手段において検出される距離値は、特定の組み合わせの超音波送信手段と超音波受信手段とに対して所定時間間隔で連続して検出されるものであるため、該距離値の変化状態は入力用ペンの移動状態を示すものとなる。そして、上記誤作動検出手段では、その距離値の変化状態、すなわち入力用ペンの移動状態が人による動きと想定される範囲内であるか否かを判断することによって距離値の検出結果が異常であるか否かを判断できる。
【００４０】
これにより、上記超音波送信手段のそれぞれについて誤作動の有無の検出が可能であり、かつ、誤作動有りの検出時には、誤作動の発生した超音波送信手段の特定が可能となる誤作動検出手段を提供できる。
【００４１】
また、上記ペン入力表示装置においては、上記誤作動検出手段は、連続した２つの距離値における変化量を所定の許容値と比較し、変化量が許容値を超える検出が所定回数発生した時に超音波送信手段の誤作動を検出する構成とすることができる。
【００４２】
上記の構成によれば、上記誤作動検出手段における許容値が、人がペンを動かす場合の限界移動速度を想定して設定されている場合、上記変化量が許容値を超える時に超音波送信手段の誤作動を検出できる。これにより、上記距離値から変化量を算出するための差分計算および変化量と許容値との比較といった簡単な演算によって超音波送信手段の誤作動検出が可能となる。
【００４３】
また、上記ペン入力表示装置においては、上記誤作動検出手段は、連続した複数の距離値に対する近似曲線を求めると共に該近似曲線の上下に許容範囲を設定し、上記距離値のうち所定個数の距離値が許容範囲外にある時に超音波送信手段の誤作動を検出する構成とすることができる。
【００４４】
上記の構成によれば、上記誤作動検出手段における許容範囲が、人がペンを動かす場合の限界移動速度を想定して設定されている場合、上記許容範囲外となる距離値が所定個数生じた時に超音波送信手段の誤作動を検出できる。これにより、同時に複数の距離値を用いた演算によって超音波送信手段の誤作動を検出することとなり、より精度の高い超音波送信手段の誤作動検出が可能となる。
【００４５】
また、上記ペン入力表示装置においては、上記誤作動検出手段における検出結果を入力用ペンに通知する通知手段を備えており、上記通知手段によって超音波送信手段の誤作動が通知された場合、入力用ペンでの誤作動が通知された超音波送信手段における信号送信を停止する構成とすることができる。
【００４６】
上記の構成によれば、上記誤作動検出手段において誤作動の生じている超音波送信手段があると判断された場合、その判断結果、すなわち異常のある超音波送信手段の特定を含む誤作動情報は、上記通知手段を介して入力用ペンに伝えられる。入力用ペンでは、伝えられた誤作動情報に基づき、誤作動が発生している超音波送信手段における信号送信を停止することで、無駄な電力消費を回避できる。
【００４７】
【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５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１に示す。
【００４８】
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１に示すように、液晶表示パネル１０、ペン入力用ユニット１１、入力用ペン２０、および表示制御部３０を備えた構成である。液晶表示パネル１０、ペン入力用ユニット１１、および入力用ペン２０は、図１４において示した液晶表示パネル１００、ペン入力用ユニット１０１、および入力用ペン１１０’と同様の構成である。
【００４９】
すなわち、上記ペン入力表示装置では、液晶表示パネル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２０は、図２に示すように、超音波送信器２１・２２、赤外線送信器２３を有していると共に、そのペン先がスイッチ２４となっている。
【００５０】
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１の例に限定されるものではないが、超音波受信器１２・１３についてはこれらを結ぶ直線が液晶表示パネル１０内を通らないような配置とされる。
【００５１】
また、入力用ペン２０には、図３に示すように、増幅回路２４〜２６を介して超音波送信器２１・２２および赤外線送信器２３の出力制御を行うマイクロコンピュータ２７が内蔵されている。超音波送信器２１・２２、赤外線送信器２３、増幅回路２４〜２６およびマイクロコンピュータ２７の駆動電源は入力用ペン２０に内蔵された電池（図示せず）により供給される。
【００５２】
表示制御部３０は、ペン入力用ユニット１１における検出結果に基づいて液晶表示パネル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３０は、検出値処理部３１ａ・３１ｂ、誤作動検出処理部３２、傾き補正処理部３３、座標変換処理部３４、および座標表示処理部３５を備えている。検出値処理部３１ａ・３１ｂ、傾き補正処理部３３、座標変換処理部３４、および座標表示処理部３５は、図１４に示す検出値処理部１２１ａ・１２１ｂ、傾き補正処理部１２２、座標変換処理部１２３、および座標表示処理部１２４と同様の構成および作用を有するものである。
【００５３】
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、図４および図５を参照して説明する。
【００５４】
入力用ペン２０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２４が入り、超音波送信器２１・２２より超音波信号が、赤外線送信器２３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。
【００５５】
上記超音波受信器１２・１３において計測された信号到達時間は、ペン入力用ユニット１１より時間値として表示制御部３０の検出値処理部３１ａ・３１ｂに入力される（Ｓ１）。
【００５６】
上記信号到達時間は、超音波送信器２１・２２のそれぞれから発信される超音波信号について、超音波受信器１２・１３の両方で計測されるが、以下の説明では超音波受信器１２での計測を例示して説明を行う。尚、図１において、時間値Ａは超音波受信器１２において計測された超音波送信器２１からの超音波信号に対する信号到達時間、時間値Ｂは超音波受信器１２において計測された超音波送信器２２からの超音波信号に対する信号到達時間を示すものとする。
【００５７】
上記時間値Ａ・Ｂのそれぞれは、検出値処理部３１ａ・３１ｂにおいて検出値Ａ・Ｂに変換される（Ｓ２）。この検出値Ａ・Ｂは、時間値Ａ・Ｂ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求まるものであり、検出値Ａは超音波受信器１２と超音波送信器２１との距離、検出値Ｂは超音波受信器１２と超音波送信器２２との距離を示す。
【００５８】
上記検出値Ａ・Ｂは、検出値処理部３１ａ・３１ｂから誤作動検出処理部３２へ送信され、誤作動検出処理部３２では検出値Ａ・Ｂを用いて超音波送信器２１・２２のそれぞれにおいて誤作動の有無を検出する（Ｓ３）。誤作動の有無を検出する方法について以下に説明する。
【００５９】
上記検出値Ａ・Ｂは、入力用ペン２０におけるスイッチ２４が入っている間は、５〜２０ｍｓ程度の周期で連続して検出されており、この連続して検出される検出値Ａ・Ｂは誤作動検出処理部３２に随時送られてくる。この検出周期は、人（ユーザ）が入力用ペン２０を用いて液晶表示パネル１０上で入力を行う場合のペン先の移動速度に比べて非常に早いといえる。したがって、上記検出値ＡまたはＢについて、連続した２つ以上の検出値の変化を参照することで、人が入力用ペン２０を動かしたことによる検出値の変化なのか、超音波送信器２１または２２の誤作動による検出値の変化なのかが判断可能である。
【００６０】
例えば、上記検出周期１０ｍｓとした場合、連続したある２つの検出値の変化量が３ｃｍであるとすると、この検出結果は１秒間に３ｍの移動に相当する。この結果は、人による入力用ペン２０の動きとしては異常であると判断できる。つまり、人が動かせるペンの速度（特に振動動作）には限界があり、その限界以上の値の動きが生じている場合には、超音波送信器において誤作動が生じていると判断できる。
【００６１】
さらに、誤作動の有無の検出方法について、より具体的な例を図５（ａ）〜図５（ｃ）に示す。尚、図５（ａ）〜図５（ｃ）は、横軸に時間、縦軸に検出値の値をとって上記検出値ＡまたはＢの変化を示したグラフであり、図中ａ〜ｇの符号は、単に検出順序を示すものである。
【００６２】
図５（ａ）および図５（ｂ）に示す例では、ａ〜ｇの検出値に対する近似直線に対して許容範囲が設定され、ａ〜ｇの検出値の全てが該許容範囲内に入っていることから誤作動が発生していないと判断される。上記許容範囲は、人がペンを動かす場合の限界移動速度を想定して設定される。尚、図５（ａ）に示す例は、検出値の値に殆ど変化が無く、ペンが動いていない状態を示していると判断できる。また、図５（ｂ）に示す例は、検出値の値に変化はあるものの、その変化方向は＋方向に一定であり、その増加量も許容範囲内であることから人によるペンの動きがある状態と判断できる。
【００６３】
一方、図５（ｃ）に示す例では、同じくａ〜ｇの検出値に対する近似直線に対して許容範囲が設定されているが、ａ〜ｇの検出値の全てが該許容範囲内に入っておらず、また、変化の方向もａの値に対して＋方向、−方向とバラツキがある。このことから上記検出値の変化は、人によるペンの動きに伴うものとは考えられず、誤作動が発生していると判断される。ここでの誤作動の検出は、上記近似直線を求めるのに用いられた複数の検出値のうち、所定個数の検出値が許容範囲外にある時に超音波送信手段の誤作動を検出するようにしてもよい。
【００６４】
尚、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示した誤作動の検出方法はあくまで一例に過ぎず、本発明は上記方法に限定されるものではない。例えば、より簡易な検出方法として、連続する２つの検出値についての変化量を許容値と比べて、変化量が許容値を超えたときに誤作動を検出することも可能である。また、この場合は、許容値を超えた変化が所定回数連続して生じた場合に誤作動を検出することも可能である。もちろん、上記許容値も人がペンを動かす場合の限界移動速度を想定して設定されているものである。
【００６５】
また、誤作動検出処理部３２における誤作動の判断基準（誤作動が何回起こったら「誤作動あり」と判断するか、どの程度の許容値まで誤作動と判断しないか、など）は任意にユーザ側で設定できるようにしてもよい。
【００６６】
誤作動検出処理部３２における上述した誤作動の検出は、検出値Ａ・Ｂのそれぞれについて行われる。例えば、検出値Ａについての結果が図５（ｂ）のようになり、検出値Ｂについての結果が図５（ｃ）のようになった場合には、検出値Ａに対応する超音波送信器２１は正常であるが、検出値Ｂに対応する超音波送信器２２には誤作動が生じている（すなわち、超音波送信器２２に異常がある）と判断される。
【００６７】
続いて、誤作動検出後の処理について説明する。
【００６８】
「超音波送信器２１・２２の両方が正常（検出値Ａ・Ｂ共に誤作動無し）」と判断された場合は、検出値Ａ・Ｂ共に傾き補正処理部３３に送信され、補正処理部３３にて入力用ペン２０の傾きを補正した補正検出値が求められる（Ｓ４）。
【００６９】
上記補正検出値は、図１３および図１５において説明した方法によって求められるものであり、したがって、上述した式（１）を用いて算出される。求められた補正検出値は、座標変換処理部３４に出力される。
【００７０】
次に、「超音波送信器２１・２２の一方で誤作動がある」と判断された場合、誤作動が発生している側の超音波送信器は上記誤作動の検出方法によって特定可能であるため、正常な側の超音波送信器に対する検出値のみが座標変換処理部３４に出力される（Ｓ５）。
【００７１】
例えば、誤作動検出処理部３２において、検出値Ａに対して誤作動が検出された場合、誤作動検出処理部３２は検出値Ａを出力せず、誤作動が検出されなかった検出値Ｂのみを傾き補正処理部３３を介さずに座標変換処理部３４に出力する。
【００７２】
上記Ｓ５の処理によっては、超音波送信器２１・２２の一方が誤作動もしくは故障し、検出値Ａ・Ｂの一方に異常が起こった場合においても、正常動作している超音波送信器に対する検出値のデータのみを用いて表示制御を行うことができる。この場合、傾き補正処理部３３による傾き補正は行えず、実際のペン先座標位置と算出される表示座標位置との間に若干のずれが生じることはありうるが、入力用ペン２０の動きに追従した滑らかな表示・入力操作を行うことは十分に可能である。
【００７３】
さらに、「超音波送信器２１・２２の両方で誤作動がある」と判断された場合、表示座標位置の検出は基本的には不可能である。したがって、この場合は座標表示操作を中断し、ペン入力操作を停止する（Ｓ６）。
【００７４】
尚、上記Ｓ５またはＳ６の処理に進んだ場合には、超音波送信器に異常が起こっている旨のメッセージ（「送信器Ａに異常発生。送信器Ｂのみでペン入力を行います」、「送信器Ａ・Ｂに異常発生。ペン入力操作を停止します」など）を液晶表示パネル１０に表示し、ユーザに知らせる構成としてもよい。
【００７５】
また、上記メッセージを表示した後に、ユーザがマニュアルで操作切り替えを行うことも可能である。すなわち、誤作動が生じている場合であっても、ユーザが誤作動してもかまわないので使いたい、という場合にはマニュアルで操作切り替えを行い、ペン入力の使用を続けることができるようにすることも可能である。
【００７６】
Ｓ４またはＳ５での処理の後はＳ７に移行し、Ｓ７においては、座標変換処理部３４が傾き補正処理部３３または誤作動検出処理部３２から入力された検出値を液晶表示パネル１０上での（Ｘ，Ｙ）座標値に変換する処理を行う。
【００７７】
ここで、上述したＳ１〜Ｓ５の処理は、超音波受信器１２における検出結果に基づいて行われた処理のみを例として説明したが、実際には超音波受信器１３における検出結果に基づいた同様の処理が実施される。したがって、座標変換処理部３４には、超音波受信器１２・１３のそれぞれに対して求められる２つの検出値が入力されることとなる。
【００７８】
すなわち、超音波送信器２１・２２の両方が正常であれば、超音波受信器１２・１３のそれぞれに対して求められる２つの補正検出値が入力され、超音波送信器２１・２２の一方しか正常でなければ、超音波受信器１２・１３のそれぞれに対して求められる検出値ＡまたはＢが入力される。
【００７９】
座標変換処理部３４は、こうして入力された超音波受信器１２・１３のそれぞれに対して求められる２つの検出値を用い、図１１に示すように、ペン先−超音波受信器１２間距離Ｌ1（超音波受信器１２に対する検出値）、ペン先−超音波受信器１３間距離Ｌ2（超音波受信器１３に対する検出値）、超音波受信器１２−超音波受信器１３間距離Ｌ0より入力用ペン２０のペン先の位置を液晶表示パネル１０上の１点の位置座標（Ｘ、Ｙ)にて求める。
【００８０】
座標変換処理部３４で求められた上記（Ｘ，Ｙ）座標値は座標表示処理部３５に送られ、座標表示処理部３５は（Ｘ，Ｙ）座標値を用いて液晶表示パネル１０上での表示処理を行う（Ｓ８）。尚、座標表示処理部３５における表示処理とは、例えば、上記（Ｘ，Ｙ）座標値に対応する液晶表示パネル１０上のドットを反転する等の処理である。
【００８１】
本実施の形態１に係るペン入力表示装置は、以上のように、入力用ペン２０において備えられる超音波送信器２１・２２のそれぞれについて誤作動の有無の検出を可能としている。そして、超音波送信器２１・２２の両方が正常な場合には、入力用ペン２０の傾き補正を含む、ペン先座標と表示座標との間のずれが無い高精度の表示制御を行うことができる。また、超音波送信器２１・２２の一方で誤作動が生じている場合には、異常のある超音波送信器の検出のみを停止し、入力用ペン２０の傾き補正を含まない表示制御を行うことで、誤作動が少なく、かつ故障に強いペン入力表示装置を提供できる。
【００８２】
〔実施の形態２〕
本発明における実施の他形態について図６および図７に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００８３】
上記実施の形態１に係るペン入力表示装置では、図３に示すような内部構成であるため、超音波送信器２１・２２の何れかに一方にて誤作動が生じた場合に、無駄な電力消費が発生する。
【００８４】
すなわち、誤作動検出処理部３２が検出値Ａ・Ｂの何れか一方に誤作動があると判断した場合、座標変換処理部３４へは正常な側の検出値のみが出力され、誤作動の生じている検出値は表示制御に用いられないにも関わらず、入力用ペン２０の超音波送信器では、異常が発生している側の超音波送信器においても超音波信号が出力され続ける。これは無駄な超音波送信を続けることを意味し、入力用ペン２０における電力の浪費であるといえる。
【００８５】
上述したように入力用ペン２０は内蔵電池により電力供給されているため、消費電力の低減化は、継続使用時間を伸ばすための重要な課題の１つである。
【００８６】
これに対し、本実施の形態２に係るペン入力表示装置は、誤作動検出処理部３２での判断結果を入力用ペン２０側にフィードバックし、異常が発生している超音波送信器での無駄な電力消費を回避することを特徴としている。
【００８７】
本実施の形態２に係るペン入力表示装置では、図６（ａ）に示すように、図１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２０に代えて入力用ペン２０’を備えた構成となっている。
【００８８】
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、さらに赤外線発信器１５を備えている。また、入力用ペン２０’は、図６（ｂ）に示すように、入力用ペン２０における超音波送信器２１・２２、赤外線送信器２３およびスイッチ２４に加えて、さらに赤外線受信器２８を備えている。
【００８９】
上記構成のペン入力表示装置では、図示は省略するが、図１における表示制御部３０と同様の表示制御部を備えており、誤作動検出処理部での判断結果（誤作動情報）がペン入力用ユニット１１’における赤外線発信器１５と入力用ペン２０’における赤外線受信器２８との間の赤外線通信によって入力用ペン２０’側にフィードバックされる。
【００９０】
入力用ペン２０’の内部構成を図７に示す。入力用ペン２０’は、図３に示した入力用ペン２０における超音波送信器２１・２２、赤外線送信器２３および増幅回路２４〜２６に加えて、赤外線受信器２８、該赤外線受信器２８での受信信号を増幅する増幅回路２９、超音波送信器２１・２２のそれぞれへの信号をＯＮ／ＯＦＦ切替するスイッチ５１・５２を備えている。
【００９１】
また、入力用ペン２０’は、入力用ペン２０におけるマイクロコンピュータ２７に代えて、マイクロコンピュータ２７’を具備している。マイクロコンピュータ２７’は、マイクロコンピュータ２７と同様の超音波送信器２１・２２および赤外線送信器２３の出力制御を行う以外に、赤外線受信器２８および増幅回路２９を介しての上記誤作動情報の受信制御、および該誤作動情報に基づくスイッチ５１・５２の切替制御を行う。
【００９２】
上記構成により、入力用ペン２０’では、誤作動検出処理部での判断結果、すなわち誤作動情報を赤外線通信によってペン内部のマイクロコンピュータ２７’にフィードバックし、該誤作動情報に基づいて超音波送信の出力を制御できる。これにより、超音波送信器２１・２２の一方に異常が発生した場合の無駄な電力消費を回避できる。
【００９３】
例えば、表示制御部における誤作動検出処理部が超音波送信器２２に対応する検出値Ｂに誤作動があると判断した場合、該表示制御部におけるその後の処理では、正常な検出値Ａのみが座標変換処理部に出力される。この時同時に、検出値Ｂに誤作動があるとした誤作動情報が、赤外線発信器１５と赤外線受信器２８との間の赤外線通信によって入力用ペン２０’側にフィードバックされる。これにより、マイクロコンピュータ２７’は超音波送信器２２が誤作動していることを認識し、スイッチ５２をＯＦＦにすることで超音波送信器２２における超音波出力を停止する。
【００９４】
入力用ペン２０’における上記操作によっては、超音波送信器２１・２２の一方が誤作動もしくは故障し、その検出値に異常が起こった場合には、誤作動の生じた超音波送信器の出力を停止することで、無駄な電力消費を回避できる。その結果、入力用ペン２０’の異常時におけるペン入力に係る低消費電力化が実現できる。
【００９５】
また、超音波送信器２１・２２の両方で誤作動があると判断された場合には、超音波送信器２１・２２の両方で超音波送信の出力を停止することもできる。
【００９６】
上記入力用ペン２０’の構成では、該入力用ペン２０’に赤外線受信器２８が搭載されているが、赤外線受信に必要な電力は超音波送信・赤外線送信に必要な電力と比べて非常に小さく、赤外線受信器２８を搭載したことによる電力消費は非常に小さい。
【００９７】
尚、本実施の形態２に係るペン入力表示装置では、超音波送信器２１・２２の一方（もしくは両方）で異常が起こっていることをユーザに知らせるためのメッセージを液晶表示パネル１０もしくは入力用ペン２０’に出力してもよい。入力用ペン２０’の場合、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）点灯やビープ音等によるメッセージ出力が考えられる。
【００９８】
また、本実施の形態２に係るペン入力表示装置において、超音波送信器２１・２２の出力制御を行う以外の構成および作用については、実施の形態１に係るペン入力表示装置と同様の構成および作用とすることができる。
【００９９】
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。
【０１００】
さらに、使用される表示パネルは液晶表示パネルに限定されるものではなく、ＣＲＴ（Cathode-Ray Tube）、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）、有機ＥＬディスプレイの表示パネルも同様に使用可能である。
【０１０１】
また、上記実施の形態１および２に係るペン入力表示装置では入力用ペン２０または入力用ペン２０’において超音波送信器は２個備えられており、超音波送信器が２個あれば十分な精度の傾き補正が行える。しかしながら、本発明のペン入力表示装置において超音波送信器の数は２個に限定されるものではなく３個以上の超音波送信器を備えるものであってもよい。
【０１０２】
例えば、入力用ペンが超音波送信器を３個備えた構成のペン入力表示装置においては、１個の超音波送信器に誤作動が発生した場合には、他の２個の超音波送信器を用いての傾き補正を含んだ表示制御が行える、２個の超音波送信器に誤作動が発生した場合には、残りの１個の超音波送信器を用いて傾き補正を含まない表示制御が可能である。
【０１０３】
すなわち、入力用ペンが３個以上の超音波送信器を備える場合には、２個以上の超音波送信器において誤作動が無いと判断された場合に傾き補正を含んだ表示制御を行い、１個の超音波送信器においてのみ誤作動が無いと判断された場合に傾き補正を含まない表示制御を行う。
【０１０４】
また、実施の形態２に係る構成を用いたペン入力表示装置において３個以上の超音波送信器を備える場合であっても、それぞれの超音波送信器において出力制御を行うことが可能である。
【０１０５】
また、上記実施の形態１および２に係るペン入力表示装置ではペン入力用ユニット１１またはペン入力用ユニット１１’における超音波受信器についても、その個数は２個あれば十分な精度の位置検出が行えるが、本発明のペン入力表示装置において超音波受信器の数は２個に限定されるものではなく３個以上の超音波受信器を備えるものであってもよい。
【０１０６】
【発明の効果】
本発明のペン入力表示装置は、以上のように、超音波送信手段と超音波受信手段との間の各距離の距離値を検出する距離検出手段と、上記距離検出手段で検出される距離値に基づいて、上記超音波送信手段のそれぞれについて誤作動の有無の検出を行う誤作動検出手段とを備えており、上記誤作動検出手段にて２つ以上の超音波送信手段における誤作動が無いと判断された場合には、上記距離検出手段によって検出された距離値から入力用ペンの傾き補正を含んだ入力座標検出を行い、上記誤作動検出手段にて１つの超音波送信手段においてのみ誤作動が無いと判断された場合には、上記距離検出手段によって検出された距離値のうち、誤作動が無い超音波送信手段に対して検出された距離値を用いて、入力用ペンの傾き補正を含まない入力座標検出を行う構成である。
【０１０７】
それゆえ、上記距離検出手段において求められる超音波送信手段と超音波受信手段との間の各距離値に基づき、表示パネル上での入力座標が幾何学的に算出できると共に、上記誤差検出手段では、上記距離値に基づいて上記超音波送信手段のそれぞれについて誤作動の有無の検出が行われる。
【０１０８】
そして、２つ以上の超音波送信器において動作が正常な場合には、入力用ペンの傾き補正を含む、ペン先座標と表示座標との間のずれが無い高精度の入力座標検出を行い、超音波送信器の一つしか正常でない場合には、異常のある超音波送信器に対する距離値を用いず、入力用ペンの傾き補正を含まない入力座標検出を行う。
【０１０９】
これにより、入力用の透明タブレットを用いることなく視差・透過率の低下がない良好な表示品位を保ち、かつ入力用ペンの傾き補正を行った高精度の座標入力が行えると共に、誤作動が少なく、故障にも強いペン入力表示装置を実現できるという効果を奏する。
【０１１０】
また、上記ペン入力表示装置においては、上記距離検出手段は、特定の組み合わせの超音波送信手段と超音波受信手段とに対して検出される距離値を所定時間間隔で連続して検出し、上記誤作動検出手段は、連続して検出された上記距離値の変化状態に基づいて該距離値の検出結果が異常であるか否かを判断し、該距離値の検出結果が異常であると判断した場合に、上記組み合わせにおける超音波送信手段の誤作動を検出する構成とすることができる。
【０１１１】
それゆえ、上記誤作動検出手段では、その距離値の変化状態、すなわち入力用ペンの移動状態が人による動きと想定される範囲内であるか否かを判断することによって距離値の検出結果が異常であるか否かを判断できる。これにより、誤作動有りの検出時には、誤作動の発生した超音波送信手段の特定が可能となる誤作動検出手段を提供できるという効果を奏する。
【０１１２】
また、上記ペン入力表示装置においては、上記誤作動検出手段は、連続した２つの距離値における変化量を所定の許容値と比較し、変化量が許容値を超える検出が所定回数発生した時に超音波送信手段の誤作動を検出する構成とすることができる。
【０１１３】
それゆえ、上記距離値から変化量を算出するための差分計算および変化量と許容値との比較といった簡単な演算によって超音波送信手段の誤作動検出が可能となるという効果を奏する。
【０１１４】
また、上記ペン入力表示装置においては、上記誤作動検出手段は、連続した複数の距離値に対する近似曲線を求めると共に該近似曲線の上下に許容範囲を設定し、上記距離値のうち所定個数の距離値が許容範囲外にある時に超音波送信手段の誤作動を検出する構成とすることができる。
【０１１５】
それゆえ、同時に複数の距離値を用いた演算によって超音波送信手段の誤作動を検出することとなり、より精度の高い超音波送信手段の誤作動検出が可能となるという効果を奏する。
【０１１６】
また、上記ペン入力表示装置においては、上記誤作動検出手段における検出結果を入力用ペンに通知する通知手段を備えており、上記通知手段によって超音波送信手段の誤作動が通知された場合、入力用ペンでの誤作動が通知された超音波送信手段における信号送信を停止する構成とすることができる。
【０１１７】
それゆえ、上記誤作動検出手段において誤作動の生じている超音波送信手段があると判断された場合、その判断結果（誤作動情報）が通知手段を介して入力用ペンに伝えられ、入力用ペンでは、伝えられた誤作動情報に基づき、誤作動が発生している超音波送信手段における信号送信を停止することで、無駄な電力消費を回避できるという効果を奏する。
【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を示すブロック図である。
【図２】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３】上記入力用ペンの内部構成を示すブロック図である。
【図４】上記ペン入力表示装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】図５（ａ）〜図５（ｃ）は、上記ペン入力表示装置における超音波送信器の誤作動検出方法を示すグラフである。
【図６】本発明の他の実施形態を示すものであり、図６（ａ）はペン入力表示装置の平面図で、図６（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７】図６（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８】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８（ａ）はペン入力表示装置の平面図で、図８（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９】図８（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１０】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１１】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１２】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いて、実際のペン先座標位置と算出された表示座標位置とのずれ（誤差）を示す側面図である。
【図１３】２つの超音波送信器を用いる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において、実際のペン先座標位置と算出された表示座標位置との一致性を示す側面図である。
【図１４】２つの超音波送信器を用いる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を示すブロック図である。
【図１５】２つの超音波送信器を用いた超音波ペン入力方式において、ペン先座標位置の算出原理を示す図である。
【図１６】２つの超音波送信器を用いる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におけ入力状態を示す平面図であり、図１６（ａ）は２つの超音波送信器が共に正常な場合、図１６（ｂ）は２つの超音波送信器の一方が異常な場合を示す。
【符号の説明】
１０ 液晶表示パネル（表示パネル）
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）
１４ 赤外線受信器
１５ 赤外線発信器（通知手段）
２０・２０’ 入力用ペン
２１・２２ 超音波送信器（超音波送信手段）
２３ 赤外線送信器
２８ 赤外線受信器（通知手段）
３１ａ・３２ｂ 検出値処理部（距離検出手段）
３２ 誤作動検出処理部（誤作動検出手段）
【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、透明タブレットと液晶表示パネルとを一体構成したタブレット一体型液晶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液晶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液晶表示パネルは、液晶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液晶表示パネルでは、ペン入力を行う際には液晶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、液晶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液晶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輝度が低下するといった問題もある。
【０００４】
そこで、液晶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、液晶表示パネルに搭載された受信器によって受信し、その受信結果から液晶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８ないし図１１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８（ａ）に示すように、液晶表示パネル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１１０は、図８（ｂ）にも示すように、超音波送信器１１１、赤外線送信器１１２を有している。また、入力用ペン１１０はペン先がスイッチ１１３となっている。
【０００７】
また、入力用ペン１１０には、図９に示すように、増幅回路１１４・１１５を介して超音波送信器１１１、赤外線送信器１１２の出力制御を行うマイクロコンピュータ１１６が内蔵されている。すなわち、上記マイクロコンピュータ１１６は、入力用ペン１１０が液晶表示パネル１００に接触し、ペン先のスイッチ１１３がＯＮとなった時に、上記超音波送信器１１１および赤外線送信器１１２から信号を発信させる。また、上記超音波送信器１１１、赤外線送信器１１２、増幅回路１１４・１１５およびマイクロコンピュータ１１６の駆動電源は入力用ペン１１０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１１０が液晶表示パネル１００に接触すると、ペン先に内蔵されたスイッチ１１３が入り、超音波送信器１１１より超音波信号が、赤外線送信器１１２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１０参照）。
【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１１１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１１１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１１に示すように、超音波送信器１１１と超音波受信器１０２との距離Ｌ1、超音波送信器１１１と超音波受信器１０３との距離Ｌ2、超音波受信器１０２と超音波受信器１０３との距離Ｌ0が得られると、これら３つの距離より超音波送信器１１１の位置を液晶表示パネル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１１１の検出座標位置がペン先座標位置として用いられる。
【００１３】
上述のような超音波ペン入力方式であれば、液晶表示パネル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。
【００１４】
しかしながら、上記特許文献１で示されるような超音波ペン入力方式を利用する場合、正確な入力位置検出をするためには超音波送信器１１１を入力用ペン１１０の先端に取り付けなければならない。しかし、超音波送信器１１１は現状で小さくても厚さ５ｍｍ、高さ５ｍｍと、ペン先に内蔵するのは物理的に不可能である。よって、実際には入力用ペン１１０の先端からやや離れた上方の位置に超音波送信器１１１を取り付けることになる。
【００１５】
したがって、ペン入力時において入力用ペン１１０が傾いていると、図１２に示すように、実際のペン先座標位置と上記検出方法の演算にて求められた表示座標位置（すなわち超音波送信器１１１の検出座標位置）との間に誤差が生じてしまい、結果、描画面上におけるペン先の正確な位置検出ができないという不具合がある。
【００１６】
上記問題の解決策として、入力用ペンに２つの超音波送信器を備えてなる超音波ペン入力方式が例えば特許文献２に開示されている。
【００１７】
２つの超音波送信器を用いた超音波ペン入力方式では、図１３に示すように、入力用ペン１１０’に２個の超音波送信器１１７・１１８を内蔵している。そして、超音波送信器１１７・１１８のそれぞれにおいて、超音波受信器１０２（および１０３）からの距離Ｌａ・Ｌｂを検出する。検出した距離Ｌａ・Ｌｂから入力用ペン１１０’の傾きを補正し、ペン先の位置座標を幾何学的に算出することで、実際のペン先座標位置と演算にて求められる表示座標位置とを一致させることができる。
【００１８】
超音波送信器を２個用いた場合の傾き補正方法についてより詳細に説明すると以下の通りである。
【００１９】
この場合のペン入力システムにおいて、図１４に示すように、液晶表示パネル１００およびペン入力用ユニット１０１の構成は、超音波送信器を１個用いる場合と同様である。また、上記ペン入力システムは、ペン入力用ユニット１０１における検出結果に基づいて液晶表示パネル１００での表示制御を行うＣＰＵ等からなる表示制御部１２０を備えている。
【００２０】
入力用ペン１１０’の超音波送信器１１７・１１８のそれぞれから送信された超音波信号は、ペン入力用ユニット１０１に搭載された２個の超音波受信器１０２・１０３の両方において受信・検出される。以下の説明では、超音波受信器１０２での受信後の処理について示す。
【００２１】
超音波受信器１０２における検出値は上述した信号到達時間であり、超音波送信器１１７・１１８のそれぞれについての信号到達時間を時間値Ａ・Ｂとする。時間値Ａ・Ｂのそれぞれは、制御部１２０の検出値処理部１２１ａ・１２１ｂに送られ、そこで時間値から距離値（検出値Ａ・Ｂ）に変換される。この変換は、時間値Ａ・Ｂのそれぞれに音速を乗ずることによって行われる。
【００２２】
検出値Ａ・Ｂは共に傾き補正処理部１２２に送信され、該傾き補正処理部１２２において傾き補正した値（補正検出値）に変換される。ここで、傾き補正の方法について図１５を参照して以下に説明する。
【００２３】
図１５中の表記について、Ｌはペン先−受信器間距離（すなわち補正検出値）、Ｌａは超音波送信器１１７−受信器間距離（すなわち検出値Ａ）、Ｌｂは超音波送信器１１８−受信器間距離（すなわち検出値Ｂ）である。また、ｄ１は入力用ペン１１０’におけるペン先−超音波送信器１１７間距離、ｄ２は入力用ペン１１０’における超音波送信器１１７−超音波送信器１１８間距離であり、さらに、ペン先−超音波送信器１１７間距離ｄ0はｄ0＝ｄ1＋ｄ2として表される。尚、ｄ0，ｄ1，ｄ2は、入力用ペン１１０’における超音波送信器１１７・１１８の搭載位置によって任意に決まる値（定数）である。
【００２４】
そして、補正検出値となるペン先−受信器間距離Ｌは、上記既知の値Ｌａ，Ｌｂ，ｄ0，ｄ1，ｄ2を用いて以下の式（１）によって算出される。
【００２５】
【数１】
こうして求められたペン先−受信器間距離Ｌ、すなわち補正検出値は、上述の説明では超音波受信器１０２について求められたものであるが、同様の方法で超音波受信器１０３についても求められる。超音波受信器１０２・１０３のそれぞれについて求められた補正検出値は、座標変換処理部１２３において液晶表示パネル１００上の（Ｘ，Ｙ）座標値に変換される。上記（Ｘ，Ｙ）座標値は、座標表示処理部１２４において液晶表示パネル１００上での表示処理に用いられる。
【００２７】
このように、超音波送信器を２個用いた超音波ペン入力方式では、入力用ペンが傾いた状態でもペン先座標位置と表示座標位置との間に誤差が生じない、良好なペン入力を実現することができる。
【００２８】
【特許文献１】
米国特許第４８１４５５２号明細書
【００２９】
【特許文献２】
特開昭６１−４４３７８号公報
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記特許文献２に示すような超音波送信器を２個用いたペン入力方式においても以下に示すような問題がある。すなわち、上記方式では入力用ペンに超音波送信器を２個内蔵することで傾き補正を行い、位置座標表示を行っているため、図１６（ａ）に示すように、２個の超音波送信器が共に正しく動作している必要がある。
【００３１】
言い換えれば、上記２個の超音波送信器のうち１個でもノイズ等による誤作動を発生した場合には、図１６（ｂ）に示すように、その位置表示動作（すなわち、検出補正値Ｌの軌跡）にも誤作動が生じる。つまり、超音波送信器を２個用いたペン入力方式では、超音波送信器が１個の場合に比べて誤作動確率が２倍となる。これは、上述の式（１）において、補正検出値Ｌの算出には２個の超音波送信器のそれぞれに対する検出値Ｌａ・Ｌｂが共に正しく検出されている必要がある、ということから明らかである。
【００３２】
さらに、２個の超音波送信器のうちの一方にでも故障が生じた場合、それは入力用ペン自身、ひいてはペン入力表示装置自体の故障に繋がる。
【００３３】
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、入力用ペンの傾きによる誤差の無い良好なペン入力を実現することができ、かつ、誤作動や故障発生の確率が低いペン入力表示装置を提供することにある。
【００３４】
【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、該入力用ペンが少なくとも２つの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、超音波送信手段と超音波受信手段との間の各距離の距離値を検出する距離検出手段と、上記距離検出手段で検出される距離値に基づいて、上記超音波送信手段のそれぞれについて誤作動の有無の検出を行う誤作動検出手段とを備えており、上記誤作動検出手段にて２つ以上の超音波送信手段における誤作動が無いと判断された場合には、上記距離検出手段によって検出された距離値から入力用ペンの傾き補正を含んだ入力座標検出を行い、上記誤作動検出手段にて１つの超音波送信手段においてのみ誤作動が無いと判断された場合には、上記距離検出手段によって検出された距離値のうち、誤作動が無い超音波送信手段に対して検出された距離値を用いて、入力用ペンの傾き補正を含まない入力座標検出を行うことを特徴としている。
【００３５】
上記の構成によれば、上記距離検出手段において超音波送信手段と超音波受信手段との間の各距離値が求められ、これらの距離値から表示パネル上での入力座標が幾何学的に算出される。また、上記誤差検出手段では、上記距離値に基づいて、上記超音波送信手段のそれぞれについて誤作動の有無の検出が行われ、誤作動有りの検出時には、誤作動の発生した超音波送信手段の特定が可能となる。
【００３６】
このため、２つ以上の超音波送信器において誤作動が無く動作が正常な場合には、入力用ペンの傾き補正を含む、ペン先座標と表示座標との間のずれが無い高精度の入力座標検出を行うことができる。また、超音波送信器の一つしか正常でない場合には、異常のある超音波送信器に対する距離値を用いず、入力用ペンの傾き補正を含まない入力座標検出を行う。
【００３７】
これにより、入力用の透明タブレットを用いることなく視差・透過率の低下がない良好な表示品位を保ち、かつ入力用ペンの傾き補正を行った高精度の座標入力が行えると共に、誤作動が少なく、故障にも強いペン入力表示装置を実現できる。
【００３８】
また、上記ペン入力表示装置においては、上記距離検出手段は、特定の組み合わせの超音波送信手段と超音波受信手段とに対して検出される距離値を所定時間間隔で連続して検出し、上記誤作動検出手段は、連続して検出された上記距離値の変化状態に基づいて該距離値の検出結果が異常であるか否かを判断し、該距離値の検出結果が異常であると判断した場合に、上記組み合わせにおける超音波送信手段の誤作動を検出する構成とすることができる。
【００３９】
上記の構成によれば、上記距離検出手段において検出される距離値は、特定の組み合わせの超音波送信手段と超音波受信手段とに対して所定時間間隔で連続して検出されるものであるため、該距離値の変化状態は入力用ペンの移動状態を示すものとなる。そして、上記誤作動検出手段では、その距離値の変化状態、すなわち入力用ペンの移動状態が人による動きと想定される範囲内であるか否かを判断することによって距離値の検出結果が異常であるか否かを判断できる。
【００４０】
これにより、上記超音波送信手段のそれぞれについて誤作動の有無の検出が可能であり、かつ、誤作動有りの検出時には、誤作動の発生した超音波送信手段の特定が可能となる誤作動検出手段を提供できる。
【００４１】
また、上記ペン入力表示装置においては、上記誤作動検出手段は、連続した２つの距離値における変化量を所定の許容値と比較し、変化量が許容値を超える検出が所定回数発生した時に超音波送信手段の誤作動を検出する構成とすることができる。
【００４２】
上記の構成によれば、上記誤作動検出手段における許容値が、人がペンを動かす場合の限界移動速度を想定して設定されている場合、上記変化量が許容値を超える時に超音波送信手段の誤作動を検出できる。これにより、上記距離値から変化量を算出するための差分計算および変化量と許容値との比較といった簡単な演算によって超音波送信手段の誤作動検出が可能となる。
【００４３】
また、上記ペン入力表示装置においては、上記誤作動検出手段は、連続した複数の距離値に対する近似曲線を求めると共に該近似曲線の上下に許容範囲を設定し、上記距離値のうち所定個数の距離値が許容範囲外にある時に超音波送信手段の誤作動を検出する構成とすることができる。
【００４４】
上記の構成によれば、上記誤作動検出手段における許容範囲が、人がペンを動かす場合の限界移動速度を想定して設定されている場合、上記許容範囲外となる距離値が所定個数生じた時に超音波送信手段の誤作動を検出できる。これにより、同時に複数の距離値を用いた演算によって超音波送信手段の誤作動を検出することとなり、より精度の高い超音波送信手段の誤作動検出が可能となる。
【００４５】
また、上記ペン入力表示装置においては、上記誤作動検出手段における検出結果を入力用ペンに通知する通知手段を備えており、上記通知手段によって超音波送信手段の誤作動が通知された場合、入力用ペンでの誤作動が通知された超音波送信手段における信号送信を停止する構成とすることができる。
【００４６】
上記の構成によれば、上記誤作動検出手段において誤作動の生じている超音波送信手段があると判断された場合、その判断結果、すなわち異常のある超音波送信手段の特定を含む誤作動情報は、上記通知手段を介して入力用ペンに伝えられる。入力用ペンでは、伝えられた誤作動情報に基づき、誤作動が発生している超音波送信手段における信号送信を停止することで、無駄な電力消費を回避できる。
【００４７】
【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５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１に示す。
【００４８】
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１に示すように、液晶表示パネル１０、ペン入力用ユニット１１、入力用ペン２０、および表示制御部３０を備えた構成である。液晶表示パネル１０、ペン入力用ユニット１１、および入力用ペン２０は、図１４において示した液晶表示パネル１００、ペン入力用ユニット１０１、および入力用ペン１１０’と同様の構成である。
【００４９】
すなわち、上記ペン入力表示装置では、液晶表示パネル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２０は、図２に示すように、超音波送信器２１・２２、赤外線送信器２３を有していると共に、そのペン先がスイッチ２４となっている。
【００５０】
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１の例に限定されるものではないが、超音波受信器１２・１３についてはこれらを結ぶ直線が液晶表示パネル１０内を通らないような配置とされる。
【００５１】
また、入力用ペン２０には、図３に示すように、増幅回路２４〜２６を介して超音波送信器２１・２２および赤外線送信器２３の出力制御を行うマイクロコンピュータ２７が内蔵されている。超音波送信器２１・２２、赤外線送信器２３、増幅回路２４〜２６およびマイクロコンピュータ２７の駆動電源は入力用ペン２０に内蔵された電池（図示せず）により供給される。
【００５２】
表示制御部３０は、ペン入力用ユニット１１における検出結果に基づいて液晶表示パネル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３０は、検出値処理部３１ａ・３１ｂ、誤作動検出処理部３２、傾き補正処理部３３、座標変換処理部３４、および座標表示処理部３５を備えている。検出値処理部３１ａ・３１ｂ、傾き補正処理部３３、座標変換処理部３４、および座標表示処理部３５は、図１４に示す検出値処理部１２１ａ・１２１ｂ、傾き補正処理部１２２、座標変換処理部１２３、および座標表示処理部１２４と同様の構成および作用を有するものである。
【００５３】
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、図４および図５を参照して説明する。
【００５４】
入力用ペン２０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２４が入り、超音波送信器２１・２２より超音波信号が、赤外線送信器２３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。
【００５５】
上記超音波受信器１２・１３において計測された信号到達時間は、ペン入力用ユニット１１より時間値として表示制御部３０の検出値処理部３１ａ・３１ｂに入力される（Ｓ１）。
【００５６】
上記信号到達時間は、超音波送信器２１・２２のそれぞれから発信される超音波信号について、超音波受信器１２・１３の両方で計測されるが、以下の説明では超音波受信器１２での計測を例示して説明を行う。尚、図１において、時間値Ａは超音波受信器１２において計測された超音波送信器２１からの超音波信号に対する信号到達時間、時間値Ｂは超音波受信器１２において計測された超音波送信器２２からの超音波信号に対する信号到達時間を示すものとする。
【００５７】
上記時間値Ａ・Ｂのそれぞれは、検出値処理部３１ａ・３１ｂにおいて検出値Ａ・Ｂに変換される（Ｓ２）。この検出値Ａ・Ｂは、時間値Ａ・Ｂ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求まるものであり、検出値Ａは超音波受信器１２と超音波送信器２１との距離、検出値Ｂは超音波受信器１２と超音波送信器２２との距離を示す。
【００５８】
上記検出値Ａ・Ｂは、検出値処理部３１ａ・３１ｂから誤作動検出処理部３２へ送信され、誤作動検出処理部３２では検出値Ａ・Ｂを用いて超音波送信器２１・２２のそれぞれにおいて誤作動の有無を検出する（Ｓ３）。誤作動の有無を検出する方法について以下に説明する。
【００５９】
上記検出値Ａ・Ｂは、入力用ペン２０におけるスイッチ２４が入っている間は、５〜２０ｍｓ程度の周期で連続して検出されており、この連続して検出される検出値Ａ・Ｂは誤作動検出処理部３２に随時送られてくる。この検出周期は、人（ユーザ）が入力用ペン２０を用いて液晶表示パネル１０上で入力を行う場合のペン先の移動速度に比べて非常に早いといえる。したがって、上記検出値ＡまたはＢについて、連続した２つ以上の検出値の変化を参照することで、人が入力用ペン２０を動かしたことによる検出値の変化なのか、超音波送信器２１または２２の誤作動による検出値の変化なのかが判断可能である。
【００６０】
例えば、上記検出周期１０ｍｓとした場合、連続したある２つの検出値の変化量が３ｃｍであるとすると、この検出結果は１秒間に３ｍの移動に相当する。この結果は、人による入力用ペン２０の動きとしては異常であると判断できる。つまり、人が動かせるペンの速度（特に振動動作）には限界があり、その限界以上の値の動きが生じている場合には、超音波送信器において誤作動が生じていると判断できる。
【００６１】
さらに、誤作動の有無の検出方法について、より具体的な例を図５（ａ）〜図５（ｃ）に示す。尚、図５（ａ）〜図５（ｃ）は、横軸に時間、縦軸に検出値の値をとって上記検出値ＡまたはＢの変化を示したグラフであり、図中ａ〜ｇの符号は、単に検出順序を示すものである。
【００６２】
図５（ａ）および図５（ｂ）に示す例では、ａ〜ｇの検出値に対する近似直線に対して許容範囲が設定され、ａ〜ｇの検出値の全てが該許容範囲内に入っていることから誤作動が発生していないと判断される。上記許容範囲は、人がペンを動かす場合の限界移動速度を想定して設定される。尚、図５（ａ）に示す例は、検出値の値に殆ど変化が無く、ペンが動いていない状態を示していると判断できる。また、図５（ｂ）に示す例は、検出値の値に変化はあるものの、その変化方向は＋方向に一定であり、その増加量も許容範囲内であることから人によるペンの動きがある状態と判断できる。
【００６３】
一方、図５（ｃ）に示す例では、同じくａ〜ｇの検出値に対する近似直線に対して許容範囲が設定されているが、ａ〜ｇの検出値の全てが該許容範囲内に入っておらず、また、変化の方向もａの値に対して＋方向、−方向とバラツキがある。このことから上記検出値の変化は、人によるペンの動きに伴うものとは考えられず、誤作動が発生していると判断される。ここでの誤作動の検出は、上記近似直線を求めるのに用いられた複数の検出値のうち、所定個数の検出値が許容範囲外にある時に超音波送信手段の誤作動を検出するようにしてもよい。
【００６４】
尚、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示した誤作動の検出方法はあくまで一例に過ぎず、本発明は上記方法に限定されるものではない。例えば、より簡易な検出方法として、連続する２つの検出値についての変化量を許容値と比べて、変化量が許容値を超えたときに誤作動を検出することも可能である。また、この場合は、許容値を超えた変化が所定回数連続して生じた場合に誤作動を検出することも可能である。もちろん、上記許容値も人がペンを動かす場合の限界移動速度を想定して設定されているものである。
【００６５】
また、誤作動検出処理部３２における誤作動の判断基準（誤作動が何回起こったら「誤作動あり」と判断するか、どの程度の許容値まで誤作動と判断しないか、など）は任意にユーザ側で設定できるようにしてもよい。
【００６６】
誤作動検出処理部３２における上述した誤作動の検出は、検出値Ａ・Ｂのそれぞれについて行われる。例えば、検出値Ａについての結果が図５（ｂ）のようになり、検出値Ｂについての結果が図５（ｃ）のようになった場合には、検出値Ａに対応する超音波送信器２１は正常であるが、検出値Ｂに対応する超音波送信器２２には誤作動が生じている（すなわち、超音波送信器２２に異常がある）と判断される。
【００６７】
続いて、誤作動検出後の処理について説明する。
【００６８】
「超音波送信器２１・２２の両方が正常（検出値Ａ・Ｂ共に誤作動無し）」と判断された場合は、検出値Ａ・Ｂ共に傾き補正処理部３３に送信され、補正処理部３３にて入力用ペン２０の傾きを補正した補正検出値が求められる（Ｓ４）。
【００６９】
上記補正検出値は、図１３および図１５において説明した方法によって求められるものであり、したがって、上述した式（１）を用いて算出される。求められた補正検出値は、座標変換処理部３４に出力される。
【００７０】
次に、「超音波送信器２１・２２の一方で誤作動がある」と判断された場合、誤作動が発生している側の超音波送信器は上記誤作動の検出方法によって特定可能であるため、正常な側の超音波送信器に対する検出値のみが座標変換処理部３４に出力される（Ｓ５）。
【００７１】
例えば、誤作動検出処理部３２において、検出値Ａに対して誤作動が検出された場合、誤作動検出処理部３２は検出値Ａを出力せず、誤作動が検出されなかった検出値Ｂのみを傾き補正処理部３３を介さずに座標変換処理部３４に出力する。
【００７２】
上記Ｓ５の処理によっては、超音波送信器２１・２２の一方が誤作動もしくは故障し、検出値Ａ・Ｂの一方に異常が起こった場合においても、正常動作している超音波送信器に対する検出値のデータのみを用いて表示制御を行うことができる。この場合、傾き補正処理部３３による傾き補正は行えず、実際のペン先座標位置と算出される表示座標位置との間に若干のずれが生じることはありうるが、入力用ペン２０の動きに追従した滑らかな表示・入力操作を行うことは十分に可能である。
【００７３】
さらに、「超音波送信器２１・２２の両方で誤作動がある」と判断された場合、表示座標位置の検出は基本的には不可能である。したがって、この場合は座標表示操作を中断し、ペン入力操作を停止する（Ｓ６）。
【００７４】
尚、上記Ｓ５またはＳ６の処理に進んだ場合には、超音波送信器に異常が起こっている旨のメッセージ（「送信器Ａに異常発生。送信器Ｂのみでペン入力を行います」、「送信器Ａ・Ｂに異常発生。ペン入力操作を停止します」など）を液晶表示パネル１０に表示し、ユーザに知らせる構成としてもよい。
【００７５】
また、上記メッセージを表示した後に、ユーザがマニュアルで操作切り替えを行うことも可能である。すなわち、誤作動が生じている場合であっても、ユーザが誤作動してもかまわないので使いたい、という場合にはマニュアルで操作切り替えを行い、ペン入力の使用を続けることができるようにすることも可能である。
【００７６】
Ｓ４またはＳ５での処理の後はＳ７に移行し、Ｓ７においては、座標変換処理部３４が傾き補正処理部３３または誤作動検出処理部３２から入力された検出値を液晶表示パネル１０上での（Ｘ，Ｙ）座標値に変換する処理を行う。
【００７７】
ここで、上述したＳ１〜Ｓ５の処理は、超音波受信器１２における検出結果に基づいて行われた処理のみを例として説明したが、実際には超音波受信器１３における検出結果に基づいた同様の処理が実施される。したがって、座標変換処理部３４には、超音波受信器１２・１３のそれぞれに対して求められる２つの検出値が入力されることとなる。
【００７８】
すなわち、超音波送信器２１・２２の両方が正常であれば、超音波受信器１２・１３のそれぞれに対して求められる２つの補正検出値が入力され、超音波送信器２１・２２の一方しか正常でなければ、超音波受信器１２・１３のそれぞれに対して求められる検出値ＡまたはＢが入力される。
【００７９】
座標変換処理部３４は、こうして入力された超音波受信器１２・１３のそれぞれに対して求められる２つの検出値を用い、図１１に示すように、ペン先−超音波受信器１２間距離Ｌ1（超音波受信器１２に対する検出値）、ペン先−超音波受信器１３間距離Ｌ2（超音波受信器１３に対する検出値）、超音波受信器１２−超音波受信器１３間距離Ｌ0より入力用ペン２０のペン先の位置を液晶表示パネル１０上の１点の位置座標（Ｘ、Ｙ)にて求める。
【００８０】
座標変換処理部３４で求められた上記（Ｘ，Ｙ）座標値は座標表示処理部３５に送られ、座標表示処理部３５は（Ｘ，Ｙ）座標値を用いて液晶表示パネル１０上での表示処理を行う（Ｓ８）。尚、座標表示処理部３５における表示処理とは、例えば、上記（Ｘ，Ｙ）座標値に対応する液晶表示パネル１０上のドットを反転する等の処理である。
【００８１】
本実施の形態１に係るペン入力表示装置は、以上のように、入力用ペン２０において備えられる超音波送信器２１・２２のそれぞれについて誤作動の有無の検出を可能としている。そして、超音波送信器２１・２２の両方が正常な場合には、入力用ペン２０の傾き補正を含む、ペン先座標と表示座標との間のずれが無い高精度の表示制御を行うことができる。また、超音波送信器２１・２２の一方で誤作動が生じている場合には、異常のある超音波送信器の検出のみを停止し、入力用ペン２０の傾き補正を含まない表示制御を行うことで、誤作動が少なく、かつ故障に強いペン入力表示装置を提供できる。
【００８２】
〔実施の形態２〕
本発明における実施の他形態について図６および図７に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００８３】
上記実施の形態１に係るペン入力表示装置では、図３に示すような内部構成であるため、超音波送信器２１・２２の何れかに一方にて誤作動が生じた場合に、無駄な電力消費が発生する。
【００８４】
すなわち、誤作動検出処理部３２が検出値Ａ・Ｂの何れか一方に誤作動があると判断した場合、座標変換処理部３４へは正常な側の検出値のみが出力され、誤作動の生じている検出値は表示制御に用いられないにも関わらず、入力用ペン２０の超音波送信器では、異常が発生している側の超音波送信器においても超音波信号が出力され続ける。これは無駄な超音波送信を続けることを意味し、入力用ペン２０における電力の浪費であるといえる。
【００８５】
上述したように入力用ペン２０は内蔵電池により電力供給されているため、消費電力の低減化は、継続使用時間を伸ばすための重要な課題の１つである。
【００８６】
これに対し、本実施の形態２に係るペン入力表示装置は、誤作動検出処理部３２での判断結果を入力用ペン２０側にフィードバックし、異常が発生している超音波送信器での無駄な電力消費を回避することを特徴としている。
【００８７】
本実施の形態２に係るペン入力表示装置では、図６（ａ）に示すように、図１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２０に代えて入力用ペン２０’を備えた構成となっている。
【００８８】
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、さらに赤外線発信器１５を備えている。また、入力用ペン２０’は、図６（ｂ）に示すように、入力用ペン２０における超音波送信器２１・２２、赤外線送信器２３およびスイッチ２４に加えて、さらに赤外線受信器２８を備えている。
【００８９】
上記構成のペン入力表示装置では、図示は省略するが、図１における表示制御部３０と同様の表示制御部を備えており、誤作動検出処理部での判断結果（誤作動情報）がペン入力用ユニット１１’における赤外線発信器１５と入力用ペン２０’における赤外線受信器２８との間の赤外線通信によって入力用ペン２０’側にフィードバックされる。
【００９０】
入力用ペン２０’の内部構成を図７に示す。入力用ペン２０’は、図３に示した入力用ペン２０における超音波送信器２１・２２、赤外線送信器２３および増幅回路２４〜２６に加えて、赤外線受信器２８、該赤外線受信器２８での受信信号を増幅する増幅回路２９、超音波送信器２１・２２のそれぞれへの信号をＯＮ／ＯＦＦ切替するスイッチ５１・５２を備えている。
【００９１】
また、入力用ペン２０’は、入力用ペン２０におけるマイクロコンピュータ２７に代えて、マイクロコンピュータ２７’を具備している。マイクロコンピュータ２７’は、マイクロコンピュータ２７と同様の超音波送信器２１・２２および赤外線送信器２３の出力制御を行う以外に、赤外線受信器２８および増幅回路２９を介しての上記誤作動情報の受信制御、および該誤作動情報に基づくスイッチ５１・５２の切替制御を行う。
【００９２】
上記構成により、入力用ペン２０’では、誤作動検出処理部での判断結果、すなわち誤作動情報を赤外線通信によってペン内部のマイクロコンピュータ２７’にフィードバックし、該誤作動情報に基づいて超音波送信の出力を制御できる。これにより、超音波送信器２１・２２の一方に異常が発生した場合の無駄な電力消費を回避できる。
【００９３】
例えば、表示制御部における誤作動検出処理部が超音波送信器２２に対応する検出値Ｂに誤作動があると判断した場合、該表示制御部におけるその後の処理では、正常な検出値Ａのみが座標変換処理部に出力される。この時同時に、検出値Ｂに誤作動があるとした誤作動情報が、赤外線発信器１５と赤外線受信器２８との間の赤外線通信によって入力用ペン２０’側にフィードバックされる。これにより、マイクロコンピュータ２７’は超音波送信器２２が誤作動していることを認識し、スイッチ５２をＯＦＦにすることで超音波送信器２２における超音波出力を停止する。
【００９４】
入力用ペン２０’における上記操作によっては、超音波送信器２１・２２の一方が誤作動もしくは故障し、その検出値に異常が起こった場合には、誤作動の生じた超音波送信器の出力を停止することで、無駄な電力消費を回避できる。その結果、入力用ペン２０’の異常時におけるペン入力に係る低消費電力化が実現できる。
【００９５】
また、超音波送信器２１・２２の両方で誤作動があると判断された場合には、超音波送信器２１・２２の両方で超音波送信の出力を停止することもできる。
【００９６】
上記入力用ペン２０’の構成では、該入力用ペン２０’に赤外線受信器２８が搭載されているが、赤外線受信に必要な電力は超音波送信・赤外線送信に必要な電力と比べて非常に小さく、赤外線受信器２８を搭載したことによる電力消費は非常に小さい。
【００９７】
尚、本実施の形態２に係るペン入力表示装置では、超音波送信器２１・２２の一方（もしくは両方）で異常が起こっていることをユーザに知らせるためのメッセージを液晶表示パネル１０もしくは入力用ペン２０’に出力してもよい。入力用ペン２０’の場合、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）点灯やビープ音等によるメッセージ出力が考えられる。
【００９８】
また、本実施の形態２に係るペン入力表示装置において、超音波送信器２１・２２の出力制御を行う以外の構成および作用については、実施の形態１に係るペン入力表示装置と同様の構成および作用とすることができる。
【００９９】
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。
【０１００】
さらに、使用される表示パネルは液晶表示パネルに限定されるものではなく、ＣＲＴ（Cathode-Ray Tube）、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）、有機ＥＬディスプレイの表示パネルも同様に使用可能である。
【０１０１】
また、上記実施の形態１および２に係るペン入力表示装置では入力用ペン２０または入力用ペン２０’において超音波送信器は２個備えられており、超音波送信器が２個あれば十分な精度の傾き補正が行える。しかしながら、本発明のペン入力表示装置において超音波送信器の数は２個に限定されるものではなく３個以上の超音波送信器を備えるものであってもよい。
【０１０２】
例えば、入力用ペンが超音波送信器を３個備えた構成のペン入力表示装置においては、１個の超音波送信器に誤作動が発生した場合には、他の２個の超音波送信器を用いての傾き補正を含んだ表示制御が行える、２個の超音波送信器に誤作動が発生した場合には、残りの１個の超音波送信器を用いて傾き補正を含まない表示制御が可能である。
【０１０３】
すなわち、入力用ペンが３個以上の超音波送信器を備える場合には、２個以上の超音波送信器において誤作動が無いと判断された場合に傾き補正を含んだ表示制御を行い、１個の超音波送信器においてのみ誤作動が無いと判断された場合に傾き補正を含まない表示制御を行う。
【０１０４】
また、実施の形態２に係る構成を用いたペン入力表示装置において３個以上の超音波送信器を備える場合であっても、それぞれの超音波送信器において出力制御を行うことが可能である。
【０１０５】
また、上記実施の形態１および２に係るペン入力表示装置ではペン入力用ユニット１１またはペン入力用ユニット１１’における超音波受信器についても、その個数は２個あれば十分な精度の位置検出が行えるが、本発明のペン入力表示装置において超音波受信器の数は２個に限定されるものではなく３個以上の超音波受信器を備えるものであってもよい。
【０１０６】
【発明の効果】
本発明のペン入力表示装置は、以上のように、超音波送信手段と超音波受信手段との間の各距離の距離値を検出する距離検出手段と、上記距離検出手段で検出される距離値に基づいて、上記超音波送信手段のそれぞれについて誤作動の有無の検出を行う誤作動検出手段とを備えており、上記誤作動検出手段にて２つ以上の超音波送信手段における誤作動が無いと判断された場合には、上記距離検出手段によって検出された距離値から入力用ペンの傾き補正を含んだ入力座標検出を行い、上記誤作動検出手段にて１つの超音波送信手段においてのみ誤作動が無いと判断された場合には、上記距離検出手段によって検出された距離値のうち、誤作動が無い超音波送信手段に対して検出された距離値を用いて、入力用ペンの傾き補正を含まない入力座標検出を行う構成である。
【０１０７】
それゆえ、上記距離検出手段において求められる超音波送信手段と超音波受信手段との間の各距離値に基づき、表示パネル上での入力座標が幾何学的に算出できると共に、上記誤差検出手段では、上記距離値に基づいて上記超音波送信手段のそれぞれについて誤作動の有無の検出が行われる。
【０１０８】
そして、２つ以上の超音波送信器において動作が正常な場合には、入力用ペンの傾き補正を含む、ペン先座標と表示座標との間のずれが無い高精度の入力座標検出を行い、超音波送信器の一つしか正常でない場合には、異常のある超音波送信器に対する距離値を用いず、入力用ペンの傾き補正を含まない入力座標検出を行う。
【０１０９】
これにより、入力用の透明タブレットを用いることなく視差・透過率の低下がない良好な表示品位を保ち、かつ入力用ペンの傾き補正を行った高精度の座標入力が行えると共に、誤作動が少なく、故障にも強いペン入力表示装置を実現できるという効果を奏する。
【０１１０】
また、上記ペン入力表示装置においては、上記距離検出手段は、特定の組み合わせの超音波送信手段と超音波受信手段とに対して検出される距離値を所定時間間隔で連続して検出し、上記誤作動検出手段は、連続して検出された上記距離値の変化状態に基づいて該距離値の検出結果が異常であるか否かを判断し、該距離値の検出結果が異常であると判断した場合に、上記組み合わせにおける超音波送信手段の誤作動を検出する構成とすることができる。
【０１１１】
それゆえ、上記誤作動検出手段では、その距離値の変化状態、すなわち入力用ペンの移動状態が人による動きと想定される範囲内であるか否かを判断することによって距離値の検出結果が異常であるか否かを判断できる。これにより、誤作動有りの検出時には、誤作動の発生した超音波送信手段の特定が可能となる誤作動検出手段を提供できるという効果を奏する。
【０１１２】
また、上記ペン入力表示装置においては、上記誤作動検出手段は、連続した２つの距離値における変化量を所定の許容値と比較し、変化量が許容値を超える検出が所定回数発生した時に超音波送信手段の誤作動を検出する構成とすることができる。
【０１１３】
それゆえ、上記距離値から変化量を算出するための差分計算および変化量と許容値との比較といった簡単な演算によって超音波送信手段の誤作動検出が可能となるという効果を奏する。
【０１１４】
また、上記ペン入力表示装置においては、上記誤作動検出手段は、連続した複数の距離値に対する近似曲線を求めると共に該近似曲線の上下に許容範囲を設定し、上記距離値のうち所定個数の距離値が許容範囲外にある時に超音波送信手段の誤作動を検出する構成とすることができる。
【０１１５】
それゆえ、同時に複数の距離値を用いた演算によって超音波送信手段の誤作動を検出することとなり、より精度の高い超音波送信手段の誤作動検出が可能となるという効果を奏する。
【０１１６】
また、上記ペン入力表示装置においては、上記誤作動検出手段における検出結果を入力用ペンに通知する通知手段を備えており、上記通知手段によって超音波送信手段の誤作動が通知された場合、入力用ペンでの誤作動が通知された超音波送信手段における信号送信を停止する構成とすることができる。
【０１１７】
それゆえ、上記誤作動検出手段において誤作動の生じている超音波送信手段があると判断された場合、その判断結果（誤作動情報）が通知手段を介して入力用ペンに伝えられ、入力用ペンでは、伝えられた誤作動情報に基づき、誤作動が発生している超音波送信手段における信号送信を停止することで、無駄な電力消費を回避できるという効果を奏する。
【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を示すブロック図である。
【図２】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３】上記入力用ペンの内部構成を示すブロック図である。
【図４】上記ペン入力表示装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】図５（ａ）〜図５（ｃ）は、上記ペン入力表示装置における超音波送信器の誤作動検出方法を示すグラフである。
【図６】本発明の他の実施形態を示すものであり、図６（ａ）はペン入力表示装置の平面図で、図６（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７】図６（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８】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８（ａ）はペン入力表示装置の平面図で、図８（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９】図８（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１０】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１１】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１２】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いて、実際のペン先座標位置と算出された表示座標位置とのずれ（誤差）を示す側面図である。
【図１３】２つの超音波送信器を用いる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において、実際のペン先座標位置と算出された表示座標位置との一致性を示す側面図である。
【図１４】２つの超音波送信器を用いる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を示すブロック図である。
【図１５】２つの超音波送信器を用いた超音波ペン入力方式において、ペン先座標位置の算出原理を示す図である。
【図１６】２つの超音波送信器を用いる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におけ入力状態を示す平面図であり、図１６（ａ）は２つの超音波送信器が共に正常な場合、図１６（ｂ）は２つの超音波送信器の一方が異常な場合を示す。
【符号の説明】
１０ 液晶表示パネル（表示パネル）
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）
１４ 赤外線受信器
１５ 赤外線発信器（通知手段）
２０・２０’ 入力用ペン
２１・２２ 超音波送信器（超音波送信手段）
２３ 赤外線送信器
２８ 赤外線受信器（通知手段）
３１ａ・３２ｂ 検出値処理部（距離検出手段）
３２ 誤作動検出処理部（誤作動検出手段）
Claims (3)
- 入力用ペンを用いた表示パネル上でのペン入力が行え、該入力用ペンが少なくとも２つの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、
超音波送信手段と超音波受信手段との間の各距離の距離値を検出する距離検出手段と、
上記距離検出手段で検出される距離値に基づいて、上記超音波送信手段のそれぞれについて誤作動の有無の検出を行う誤作動検出手段とを備えており、
上記誤作動検出手段にて２つ以上の超音波送信手段における誤作動が無いと判断された場合には、上記距離検出手段によって検出された距離値から入力用ペンの傾き補正を含んだ入力座標検出を行い、
上記誤作動検出手段にて１つの超音波送信手段においてのみ誤作動が無いと判断された場合には、上記距離検出手段によって検出された距離値のうち、誤作動が無い超音波送信手段に対して検出された距離値を用いて、入力用ペンの傾き補正を含まない入力座標検出を行うものであり、
上記距離検出手段は、特定の組み合わせの超音波送信手段と超音波受信手段とに対して検出される距離値を所定時間間隔で連続して検出し、
上記誤作動検出手段は、連続して検出された上記距離値の変化状態に基づいて該距離値の検出結果が異常であるか否かを判断し、該距離値の検出結果が異常であると判断した場合に、上記組み合わせにおける超音波送信手段の誤作動を検出し、
上記誤作動検出手段は、連続した２つの距離値における変化量を所定の許容値と比較し、変化量が許容値を超える検出が所定回数発生した時に超音波送信手段の誤作動を検出することを特徴とするペン入力表示装置。 - 入力用ペンを用いた表示パネル上でのペン入力が行え、該入力用ペンが少なくとも２つの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、
超音波送信手段と超音波受信手段との間の各距離の距離値を検出する距離検出手段と、
上記距離検出手段で検出される距離値に基づいて、上記超音波送信手段のそれぞれについて誤作動の有無の検出を行う誤作動検出手段とを備えており、
上記誤作動検出手段にて２つ以上の超音波送信手段における誤作動が無いと判断された場合には、上記距離検出手段によって検出された距離値から入力用ペンの傾き補正を含んだ入力座標検出を行い、
上記誤作動検出手段にて１つの超音波送信手段においてのみ誤作動が無いと判断された場合には、上記距離検出手段によって検出された距離値のうち、誤作動が無い超音波送信手段に対して検出された距離値を用いて、入力用ペンの傾き補正を含まない入力座標検出を行うものであり、
上記距離検出手段は、特定の組み合わせの超音波送信手段と超音波受信手段とに対して検出される距離値を所定時間間隔で連続して検出し、
上記誤作動検出手段は、連続して検出された上記距離値の変化状態に基づいて該距離値の検出結果が異常であるか否かを判断し、該距離値の検出結果が異常であると判断した場合に、上記組み合わせにおける超音波送信手段の誤作動を検出し、
上記誤作動検出手段は、連続した複数の距離値に対する近似曲線を求めると共に該近似曲線の上下に許容範囲を設定し、上記距離値のうち所定個数の距離値が許容範囲外にある時に超音波送信手段の誤作動を検出することを特徴とするペン入力表示装置。 - 上記誤作動検出手段における検出結果を入力用ペンに通知する通知手段を備えており、
上記通知手段によって超音波送信手段の誤作動が通知された場合、入力用ペンでの誤作動が通知された超音波送信手段における信号送信を停止することを特徴とする請求項１または２に記載のペン入力表示装置。
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