JP4367258B2 - 入出力装置及び端末装置 - Google Patents

Description

本発明は、表示装置上に平面入力装置が配置され、この平面入力装置に手書きで入力した文字及び図形等をリアルタイムに表示装置に表示させつつ入力を行う入出力装置、及びこれを用いた端末装置に関する。

コンピュータにデータを入力する手段として、一般的にキーボードが知られている。しかし、現在、コンピュータに入力されるデータは、必ずしもキーボードに割り当てられたアルファベット及び数字等の配列によって構成されるテキストデータに限らず、ペンによって紙に手書きで文字及び絵を描くように入力される形式のデータも一般化している。表示された画面を見ながら情報を入力する手段として既に、マウス、タブレット、タッチパネル等が実用化されている。しかし、このうちマウスは、使用者が画面から離れた位置で入力操作を行うため、ペンによって紙に文字や絵を描く感覚が得られない。

これに対して、タブレット及びタッチパネル（以下、総称してタブレットという）を液晶ディスプレイ（以下、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）ともいう）等のフラットパネルディスプレイに重ねた入出力装置は、使用者が入力用ペンの先端又は指先を表示画面に近接させるだけで情報が入力でき、入力されたデータがフラットディスプレイにリアルタイムに表示される。このため、このような入出力装置を使用すれば、ペンで紙に文字や絵を描く感覚に近い感覚が得られるため、使用者がコンピュータにデータを入力することを支援する装置として利用されている。

図１０は従来の入出力装置を示す断面図である。図１０に示すように、この従来の入出力装置は、ＬＣＤ５１と、このＬＣＤ５１上に重ねられたタブレット５２と、このタブレット５２にデータを入力するペン５３からなる。ＬＣＤ５１は、例えばデータバスライン、ゲートバスライン、画素電極及び薄膜電界効果型トランジスタ（以下、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）ともいう）が形成されたＴＦＴ基板４８と、ＩＴＯからなる透明電極及びカラーフィルタが形成されたカラーフィルタ基板４９とが相互に平行に設けられており、ＴＦＴ基板４８とカラーフィルタ基板４９との間に液晶層５０が配置されている。例えば、ＴＦＴ基板４８及びカラーフィルタ基板４９は夫々厚さが０．５ｍｍ程度のガラス基板であり、タブレット５２においては、ＩＴＯ（Indium tin oxide：インジウム錫酸化物）等からなる透明電極が形成されたフィルムが積層されて支持基板に固定されており、その支持基板の厚さは１ｍｍ程度である。

しかしながら、上述の従来の技術には、以下に示すような問題点がある。図１０に示すように、使用者が画像データを入力するためにペン５３の先端をタブレット５２のＡ点に接触させたとする。このとき、タブレット５２はペン５３の接触を検出し、その位置データをＬＣＤ５１に対して出力し、ＬＣＤ５１はこの位置データに基づいてその位置に対応したＢ点に表示を行う。このとき、図１０に示すように、Ａ点とＢ点とは、タブレット５２及びＬＣＤ５１のカラーフィルタ基板４９の合計厚さに相当する距離だけ相互に隔たっている。例えば本入出力装置の場合、タブレット５２の厚さが１ｍｍ、ＬＣＤ５１のカラーフィルタ基板４９の厚さが０．５ｍｍなので、Ａ点とＢ点とは合計１．５ｍｍ隔たっている。このため、使用者から見ると、画像が奥まって見えてしまい、違和感がある。この「奥まり感」により、作業者の入力作業が正確さを欠き、作業効率が著しく低下し、また、作業者を疲労させる。

そこで、この問題点を解決するために、以下に示すような方法が提案されている。例えば、特許文献１には、光ファイバを使用して奥まり感を軽減する技術が開示されている。図１１は特許文献１に開示された従来の入出力装置を示す斜視図であり、図１２はその模式的断面図である。図１１及び図１２に示されているように、この従来の入出力装置においては、照明用のバックライト５８が設けられており、このバックライト５８の前方に平面ディスプレイ５７が配置されている。平面ディスプレイ５７は液晶ディスプレイであり、２枚の基板が相互に平行に配置されており、その間に液晶層（図示せず）が配置されているものである。また、平面ディスプレイ５７の前方には、光ファイバを束ねて板状にした視差補正プレート５６が設けられており、視差補正プレート５６の前方には、タブレット５５が設けられている。タブレット５５は、ペン５４が接触したときに、ペン５４の接触位置を検出するものである。なお、図１２においては、バックライト５８から発せられた光の経路５９が示されている。

図１２に示すように、平面ディスプレイ５７の使用者側の基板の厚さをｄ１とし、タブレット５５の厚さをｄ２とする。仮に、視差補正プレート５６が設けられていないとすると、使用者から見た平面ディスプレイ５７における表示位置は、液晶層に位置する点Ｃとなる。従って、タブレット５５にペン５４を接触させると、タブレット５５の表面におけるペン５４の接触点Ｅと、平面ディスプレイ５７における表示点Ｃとの間には、（ｄ１＋ｄ２）の距離が生じることになる。これに対して、平面ディスプレイ５７とタブレット５５との間に視差補正プレート５６が挿入されていると、バックライト５８から出射し、ディスプレイ５７を透過した光は、視差補正プレート５６の光ファイバ中を経路５９に沿って伝達し、点Ｄで結像することになる。これにより、表示位置（点Ｄ）と入力位置（点Ｅ）との間の距離はｄ２となるため、視差補正プレート５６が設けられていない場合を比較して、奥まり感を軽減することができる。

また、例えば特許文献２には、マイクロレンズ及び光拡散層を使用して、画像を入出力装置の表面に結像させる技術が開示されている。図１３は特許文献２に開示された従来の入出力装置を示す模式的断面図である。図１３に示すように、この入出力装置においては、電磁授受作用方式のセンサ基板６３が設けられており、このセンサ基板６３の前方に、バックライト６４、液晶表示装置６５、マイクロレンズアレイシート６９及び光拡散層７０がこの順に設けられている。液晶表示装置６５においては、上側基板６６と下側基板６７との間に液晶層６８が配置されている。また、マイクロレンズアレイシート６９においては、上側基板６６側に多数のレンズが形成されている。更に、光拡散層７０は、マイクロレンズアレイシート６９により集光された光を拡散させるものである。更にまた、センサ基板６３はペン７１の先端の位置を電磁授受作用方式により検知するものである。

マイクロレンズアレイシート６９及び光拡散層７０が無い場合は、液晶表示装置６５の点Ａを透過した光は、点Ａから出射したように見える。従って、使用者がその上からペン７１の先端を点Ａに接触させようとしても、点Ａとペン７１の先端とは、上側基板６６の厚さ分だけずれてしまう。これに対して、マイクロレンズアレイシート６９及び光拡散層７０を設けることにより、点Ａから射出された光はマイクロレンズシートアレイ６９上に形成されたレンズにより光拡散層７０に集光され、光拡散層７０上の点Ｂで像を結ぶ。これにより、使用者から見ると、見かけ上光拡散層７０の位置で表示が行われているように見えるので、上側基板６６の厚さによる奥まり感を軽減することができる。

特開平４−１１４２２４号公報 特開平１０−２８３１１４号公報

しかしながら、上述の従来の技術には、以下に示すような問題点がある。図１１及び図１２に示す特許文献１に記載された技術については、視差補正プレート５６を用いても、タブレット５５の厚さｄ２による奥まり感を補正することができないという問題がある。また、視差補正プレート５６は光ファイバを束ねた後、樹脂でバインディングして作製されるため、大型のものを作ることが困難である。更に、束ねる光ファイバの本数は面積に比例して増加するため、携帯電話、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance：携帯型情報端末）、更にはパソコン用のモニタのようなある程度面積が広いプレートを作製しようとすると、多数のファイバを束ねなければならないため、そのコストが極めて高くなってしまうという問題がある。

また、図１３に示す特許文献２に記載された技術については、レンズを用いて入出力装置の表面に結像する方式であるため、入出力装置の表面において、光拡散層７０により光を散乱させる必要がある。しかしながら、光拡散層７０は液晶表示装置６５から出射される光だけでなく、外部から入射する光も同様に散乱してしまう。このため、表示装置としてのコントラストが著しく低下し、使用者の作業効率を低下させる原因となる。また表示画像の光を散乱させるため、例えば文字表示を行った場合に、実際の表示よりもぼやけたり線が太くなったりするという問題がある。このように、光拡散層を使用することによって、表示品質が低下してしまう。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、画像の奥まり感を軽減することができ、コストが低く表示品質が高い入出力装置、及びこの入出力装置を搭載した端末装置を提供することを目的とする。

本発明に係る入出力装置は、複数の画素からなる画素群がマトリクス状に配列された表示装置と、前記画素群に属する画素のうち第１の画素から出射する光を第１の方向に向けると共に第２の画素から出射する光を第２の方向に向ける光学部材と、前記表示装置の前方に配置され前記表示装置から出射した光を透過させると共に前方から接触されたときに接触位置の座標を検出する平面入力装置と、を有し、一の前記画素群に属する前記第１の画素から出射した第１の光の軌跡と前記一の画素群又は他の前記画素群に属し前記第１の画素を駆動する信号と同じ信号に基づいて駆動される前記第２の画素から出射した第２の光の軌跡とが交差することを特徴とする。

本発明においては、同じ信号に基づいて駆動される第１及び第２の画素から出射した光の軌跡が相互に交差するため、第１の画素から出射した光を使用者の右目に到達させ、第２の画素から出射した光を使用者の左目に到達させることにより、使用者に、第１及び第２の画素から出射した光が前述の交差点から出射したものと認識させ、前記表示装置が表示する画像が前記交差点の集合からなる仮想的な平面上に表示されているものと認識させることができる。これにより、画像の奥まり感を軽減することができる。また、本発明においては、特別な部品を使用する必要がないためコストが低く、スクリーン等に結像する必要がなく、光を拡散させることがないため表示品質が高い。

また、前記第１の光の軌跡と前記第２の光の軌跡とが前記平面入力装置の前面において交差することが好ましい。これにより、前述の仮想的な表示面を平面入力装置の前面と一致させることができ、奥まり感を解消できる。

又は、前記第１の画素から出射した光が使用者の右目に到達し、前記第２の画素から出射した光が使用者の左目に到達するように配置されたときに、使用者の両目の間隔をＷとし、前記光学部材が光を振り分ける方向における前記画素の配列ピッチをＰとし、前記表示装置の表示面から前記平面入力装置の前面までの距離をＴとし、前記平面入力措置の前面から使用者の両目までの距離をＬとし、０以上の整数をｎとするとき、数式（Ｗ：Ｌ＝Ｐ×（２ｎ＋１）：Ｔ）が成立することが好ましい。これにより、前述の仮想的な表示面を平面入力装置の前面と一致させることができ、奥まり感を解消できる。

更に、前記光学部材がレンチキュラレンズであってもよい。これにより、光学部材を簡単なレンズ系で構成することができるため、コストを低減できる。

本発明に係る他の入出力装置は、光を第１の方向及び第２の方向に向けて交互に出射する光源と、この光源の前方に配置され複数の画素を備えた液晶パネルと、前記液晶パネルの前方に配置され前記液晶パネルから出射した光を透過させると共に前方から接触されたときに接触位置の座標を検出する平面入力装置と、を有し、前記光源が光を前記第１の方向に向けて出射するときに前記液晶パネルの第１の前記画素を一の信号に基づいて駆動し、前記光源が光を前記第２の方向に向けて出射するときに、前記第２の方向に向かう光線のうち前記第１の画素を透過して前記第１の方向に向かう光線が前記平面入力装置の前面と交差する点を通過する光線が透過する第２の前記画素を前記一の信号と同じ信号に基づいて駆動することを特徴とする。

本発明においては、時分割方式により第１及び第２の画素を駆動することができる。これにより、光を振り分ける光学部材が不要になる。

本発明に係る端末装置は、前記入出力装置を有することを特徴とする。

また、本発明に係る端末装置は、携帯電話、ＰＤＡ、携帯端末、ゲーム機、デジタルカメラ又はデジタルビデオであってもよい。

本発明によれば、同じ信号に基づいて駆動される第１及び第２の画素から出射した光の軌跡が相互に交差するため、使用者に実際の表示装置の表示面よりも前方に位置する平面に仮想的な表示面を認識することができ、画像の奥まり感を軽減することができる。また、本発明の入出力装置は、特別な部品を使用する必要がないためコストが低く、光を拡散させることがないため表示品質が高い。

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は本実施形態に係る入出力装置を示す斜視図であり、図２はその部分断面図であり、図３はその光学的構成を示す図である。本実施形態に係る入出力装置は、ＰＤＡに搭載された入出力装置である。

図１に示すように、本実施形態に係る入出力装置１においては、出力機器としての液晶表示装置３が設けられており、この液晶表示装置３の前方に入力機器としてのタブレット２が設けられている。タブレット２の前面には、入出力領域５が設けられている。タブレット２は、使用者が入力手段としてのペン４によって入出領域５を押圧することにより、情報が入力されるものである。また、タブレット２は全体として光を透過させるようになっており、使用者は領域５において、液晶表示装置３が表示した画像を視認できるようになっている。また、タブレット２からデータが入力され、この入力されたデータを処理し、液晶表示装置３に対して出力する制御装置（図示せず）が設けられている。

また、図２に示すように、液晶表示装置３においては、バックライト８が設けられており、バックライト８の前方には、液晶パネル３ａが設けられている。液晶パネル３ａには、背面基板となるＴＦＴ基板７、このＴＦＴ基板７の前方にＴＦＴ基板７に対向して配置された前面基板となるカラーフィルタ基板６、ＴＦＴ基板７とカラーフィルタ基板６との間に配置された液晶層１２が設けられており、カラーフィルタ基板６の前面及びＴＦＴ基板７の背面には、夫々偏光フィルム１０及び１１が貼付されている。また、液晶表示装置３とタブレット２との間には、液晶表示装置３から出射された光線を複数の方向に振り分けるレンズ９が設けられている。レンズ９は、例えば複数のシリンドリカルレンズ９ａが相互に平行に配列されたレンチキュラレンズである。

更に、図３に示すように、液晶パネル３ａには、複数の画素が設けられている。なお、図３においては、便宜上、画素１５乃至２０の６個の画素のみが示されているが、実際には液晶パネル３ａにはより多くの画素が設けられている。また、図３においては、カラーフィルタ基板６、ＴＦＴ基板７、偏光シート１０及び１１、並びにバックライト８は図示を省略されている。そして、レンズ９の各シリンドリカルレンズ９ａは、このシリンドリカルレンズ９ａの長手方向に配列された２列の画素に対応するようになっている。例えば、相互に隣接した２つの画素１６及び１９に対して、１つのシリンドリカルレンズ９ａが対応している。そして、画素１６及び１９から出射した光線は、このシリンドリカルレンズ９ａによって屈折して集光され、タブレット２の表面に位置する点Ｆにおいて交差した後、夫々使用者の右目１３及び左目１４に到達するようになっている。

従って、使用者の両目の間隔をＷ、シリンドリカルレンズ９ａの配列方向における画素の配列ピッチをＰ１、液晶パネル３ａにおける液晶層１２（図２参照）とカラーフィルタ基板６（図２参照）との界面からタブレット２の前面までの距離をＴ１、タブレット２の前面と使用者の右目１３及び左目１４との間の距離をＬ１とするとき、下記数式１が近似的に成立する。
Ｗ：Ｌ１＝Ｐ１：Ｔ１ ・・・（１）

次に、上述の如く構成された本実施形態に係る入出力装置の動作について説明する。使用者がペン４の先端をタブレット２の入出力領域５に接触させると、タブレット２がペン４の先端の位置を２次元平面上の座標データとして検出し、この座標データを制御装置（図示せず）に対して出力する。制御装置はこの座標データを処理し、記憶すると共に液晶表示装置３に対して出力する。そして、液晶表示装置３がこの座標データに基づいて、ペン４の先端の座標に対応する液晶パネル３ａ上の座標に、所定のマーク（例えば、黒点）をリアルタイムで表示する。なお、このとき、制御装置がタブレット２に入力された座標データを逐次的に記憶することにより、線等の図形を入力することができ、これを液晶表示装置３に表示させることができる。

このとき、液晶表示装置３は、レンズ９の各シリンドリカルレンズ９ａに対して相対的に同じ位置にある複数の画素からなる画素群に一の画像を表示させ、各シリンドリカルレンズ９ａに対して他の相対的な位置にある他の画素群にも前記一の画像を表示させる。即ち、画素１５、１６、１７からなる画素群に一の画像を表示させ、画素１８、１９、２０からなる他の画素群にも前記一の画像を表示させる。従って、レンズ９の１つのシリンドリカルレンズ９ａに対応する１対の画素、例えば、画素１６及び画素１９は同一の信号により駆動され、画素１５及び画素１８は他の同一の信号により駆動され、画素１７及び画素２０は更に他の同一の信号により駆動される。

この状態でバックライト８が光を出射し、この光が液晶パネル３ａの各画素を透過して、レンズ９に入射する。このとき、例えば画素１６及び１９を透過した光は、レンズ９の１つのシリンドリカルレンズ９ａにより屈折して集光され、タブレット２の前面に位置する点Ｆにおいて相互に交差して、画素１６を透過した光は使用者の右目１３に到達し、画素１９を透過した光は使用者の左目１４に到達する。同様に、画素１５及び画素１８を透過した光は、タブレット２の前面に位置する他の点（図示せず）において相互に交差して夫々右目１３及び左目１４に到達する。また、画素１７及び画素２０を透過した光は、タブレット２の前面に位置する更に他の点（図示せず）において相互に交差して夫々右目１３及び左目１４に到達する。即ち、画素１５、１６、１７は右目用の画像を表示し、画素１８、１９、２０は左目用の画像を表示する。右目用画像と左目用画像とは同一のものであるが、液晶パネル３ａにおける表示位置は、画素１つ分だけずれている。

これにより、使用者は、右目１３により画素１５、１６、１７が表示する右目用画像を視認し、左目１４により画素１８、１９、２０が表示する左目用画像を視認するが、使用者から見ると、画素１６を透過した光と画素１９を透過した光とは、タブレット２の前面に位置する同一の点Ｆから出射したように見える。同様に、画素１５を透過した光と画素１８を透過した光もタブレット２の前面に位置する他の同一の点（図示せず）から出射したように見え、画素１７を透過した光と画素２０を透過した光もタブレット２の前面に位置する更に他の同一の点（図示せず）から出射したように見える。図３に示されていない他の画素対についても同様である。この結果、使用者には、画像がタブレット２の前面において表示されているように見える。

なお、入出力領域５の背景は無地（例えば、全白表示）としておき、使用者がペン４により入力したデータのみを表示するようにしてもよく、又は、予め何らかの画像を表示しておき、使用者がこの画像を見ながら重ね書きするようにしてもよい。

次に、本実施形態の効果について説明する。上述の如く、本実施形態においては、一の画素群により右目用画像を表示して使用者の右目に供給し、他の画素群により左目用画像を表示して使用者の左目に供給する。そして、右目用画像における各点を表示する光線と、左目用画像における前記各点に対応する点を表示する光線とが、相互に交差するようになっている。これにより、使用者には右目用画像及び左目用画像における相互に対応する点を表示する２本の光線が、その交差点から出射したように見え、この交差点の集合としての平面を、仮想的な表示面として認識する。そして、この仮想的な表示面を入出力装置の表面と一致させることにより、画像の奥まり感を解消することができる。これにより、使用者による入力作業を容易にし、入力の精度及び効率を向上させることができる。また、本実施形態に係る入出力装置は、光ファイバ等の高価な部品を使用する必要がないため、コストが低い。更に、スクリーン等に像を結像する必要がないため、光を拡散させることがなく、表示品質が低下することがない。

なお、図３においては、各画素を透過した光の経路を線で示したが、実際の表示装置では、各画素は一定の有限の面積を持ち、そこから発せられる光も様々な方向に射出される。このため、入出力装置１の前方における右目用画像が供給される位置及び左目用画像が供給される位置は、夫々１本の直線上にのみ存在するわけではなく、一定の視野角を持った空間領域として存在する。従って、使用者が夫々の空間領域に自分の右目１３及び左目１４を位置させれば、前述の仮想的な表示面を認識することができる。このため、奥まり感が解消される視点は、図３に示す各１点ではない。

次に、本第１の実施形態の変形例について説明する。図４は本変形例に係る入出力装置の画素及びレンズを示す図である。図４に示すように、本変形例においては、レンズ９の１つのシリンドリカルレンズ９ｂに、６つの画素２１乃至２６が対応している。そして、画素２１乃至２６を夫々透過した光線はレンチキュラレンズ９ｂによって屈折して集光され、１点において交差した後、相互に異なる方向に出射されるようになっている。これにより、多視点表示を実現することができる。そして、画素２１乃至２６のうち１つの画素で右目用画像を表示し、他の１つの画素で左目用画像を表示すれば、前述の第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、例えば画素２１、２３、２５により同一の左目用画像を表示し、画素２２、２４、２６により同一の右目用画像を表示すれば、使用者が仮想的な表示面を認識できる位置を広げることができる。本変形例における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図５は本実施形態に係る入出力装置の光学的構成を示す図である。図５に示すように、本実施形態においては、前述の第１の実施形態と比較して、各部の寸法が異なっている。即ち、使用者の両目の間隔をＷ、シリンドリカルレンズ９ａの配列方向における画素の配列ピッチをＰ１、液晶パネル３ａにおける液晶層１２（図２参照）とカラーフィルタ基板６（図２参照）との界面からタブレット２の前面までの距離をＴ２、タブレット２の前面と使用者の右目１３及び左目１４との間の距離をＬ２とするとき、下記数式２が近似的に成立する。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。
Ｗ：Ｌ２＝Ｐ１×３：Ｔ２ ・・・（２）

次に、本実施形態の動作について説明する。本実施形態においては、液晶パネル３ａにおいて、シリンドリカルレンズ９ａの配列方向に沿って間に２つの画素を挟んで隔たった位置にある１対の画素において夫々、同一の右目用画像及び左目用画像を表示する。例えば、図５に示す画素１６が右目用画像を表示し、画素１８がこの右目用画像に対応する左目用画像を表示する。即ち、画素１６及び画素１８は同一の信号により駆動される。そうすると、画素１６を透過した光線及び画素１８を透過した光線は、相互に隣接するシリンドリカルレンズ９ａに夫々入射し、これらのシリンドリカルレンズ９ａにより夫々屈折し、タブレット２の前面に位置する点Ｇにおいて交差した後、画素１６を透過した光は使用者の右目１３に到達し、画素１８を透過した光は使用者の左目１４に到達する。同様に、画素１７及び１９が相互に対応する右目用画像及び左目用画像を表示すると、画素１７及び１９を透過した光線が相互に隣接する２本のシリンドリカルレンズ９ａによって夫々屈折し、タブレット２の前面における他の点（図示せず）において交差した後、夫々右目１３及び左目１４に到達する。本実施形態における上記以外の動作は、前述の第１の実施形態と同様である。

次に、本実施形態の効果について説明する。上述の如く、２つの画素を挟んで隔たった１対の画素１６及び１８により、相互に対応する右目用画像及び左目用画像を表示し、この２つの画素を透過した２本の光線がタブレット２の前面に位置する点Ｇにおいて交差した後、夫々使用者の右目１３及び左目１４に到達することにより、使用者には、この２本の光線が点Ｇから出射しているように見える。このため、使用者はタブレット２の前面において仮想的な表示面を認識することができ、画像の奥まり感を解消することができる。また、本実施形態においては、前述の第１の実施形態と比較して、タブレット２の厚さを厚くすることができる。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第１の実施形態と同様である。

なお、前述の第１の実施形態においては相互に隣接する１対の画素により相互に対応する左右の画像を表示し、本第２の実施形態においては間に２つの画素を挟んで配置された１対の画素により相互に対応する左右の画像を表示する例を示したが、この相互に対応する左右の画像を表示する１対の画素の位置関係は、前述の第１及び第２の実施形態の例に限定されない。図６は本実施形態に係る入出力装置の光学的構成を一般的に示す図である。図６に示すように、入出力装置における前記１対の画素の位置関係と各部の寸法との間の関係は、以下のように一般的に表現することができる。即ち、前記１対の画素に挟まれる画素の数を２ｎ個（ｎは０以上の整数）とした場合、下記数式３が近似的に成立する。なお、前述の第１の実施形態は下記数式３においてｎが０である場合であり、前述の第２の実施形態はｎが１である場合である。
Ｗ：Ｌ２＝Ｐ１×（２ｎ＋１）：Ｔ２ ・・・（３）

上記数式３に示すように、液晶パネルとタブレット２の表面、即ち、ペン先が接触する位置との間の距離が変わった場合でも、奥まり感を軽減した入出力装置を提供することができる。その理由は、前記ｎの値を選択することにより、右目用画像を表示する画素と左目用画像を表示する画素を選択することができるので、その選択された２つの画像の距離によりディスプレイからの距離を調節できるためである。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図７は本実施形態における液晶パネル３ａを示す平面図であり、図８は本実施形態に係る入出力装置の画素及びレンズを示す図である。本実施形態に係る入出力装置は、携帯端末に搭載されるものである。本実施形態に係る入出力装置において、タブレット２と液晶表示装置３との位置関係、及び液晶表示装置３における各構成要素の位置関係は、図１及び図２に示す前述の第１の実施形態に係る入出力装置と同様である。以下、図１及び図２を参照して、本実施形態の構成を説明する。

本実施形態においては、液晶表示装置３の液晶パネル３ａは、対角画面サイズが４型であり、画素数は、縦が４８０ピクセル（絵素）、横が３２０ピクセルである。また、タブレット２は透明電極にＩＴＯを使用した抵抗膜方式のタブレットである。本実施形態の入出力装置は携帯端末に使用されている。更に、バックライト８は発光ダイオードを使用したバックライトである。更にまた、ＴＦＴ基板７は液晶層１２の配向を制御するための信号電圧を液晶層１２に印加するものである。更にまた、レンズ９はアクリル樹脂により形成されたレンチキュラレンズであり、各シリンドリカルレンズ９ａの高さは例えば１０μｍである。また、液晶層１２とカラーフィルタ基板６との界面からタブレット２の前面、即ち、ペン４と接触する側の表面までの距離は、例えば１．６ｍｍである。

また、図７に示すように、液晶パネル３ａにおいては、複数個の絵素（ピクセル）４１がマトリクス状に配列されている。各絵素４１は６個の画素４２乃至４７が３行２列のマトリクス状に配列されて構成されている。即ち、各絵素４１においては、画素４２、４４、４６が行方向に沿ってこの順に１列に配列され、画素４３、４５、４７が行方向に沿ってこの順に１列に配列されている。また、画素４２及び４３、画素４４及び４５、画素４６及び４７が夫々列方向に沿って配列されている。そして、１つの絵素４１はＲＧＢの３色の画素により構成されており、画素４２及び４３が赤色（Ｒ）の画素であり、画素４４及び４５が緑色（Ｇ）の画素であり、画素４６及び４７が青色（Ｂ）の画素である。また、画素４２、４４、４６が右目用の画像を表示する右目用画素であり、画素４３、４５、４７が左目用の画像を表示する左目用画素である。

そして、この６画素一組の絵素４１が、縦に４８０個、横に３２０個並んで表示部を形成している。図８に示すように、レンズ９の各シリンドリカルレンズ９ａが行方向、即ち、液晶パネル３ａの縦方向に延びており、行方向に１列に配列された絵素４１の列に１つのシリンドリカルレンズ９ａが対応している。即ち、１つのシリンドリカルレンズ９ａの幅は、絵素４１の幅に等しい。

次に、本実施形態の動作について、図５を参照して説明する。本実施形態においては、使用者の両目間隔、即ち、右目１３と左目１４との間の距離Ｗを６５ｍｍとし、右目１３及び左目１４と入出力装置１の表面との間の距離Ｌ２を４００ｍｍとする。また、前述の如く、液晶層１２とカラーフィルタ基板６との界面からタブレット２の前面までの距離は、１．６ｍｍとする。相互に対応する右目用画像及び左目用画像を表示する１対の画素間の距離をＸとすると、上記数式３より、下記数式４が近似的に成立する。即ち、距離Ｘを下記数式４を満たすように決定すれば、奥まり感が解消された表示を行うことができる。
６５：４００＝Ｘ：１．６ ・・・（４）

上記数式４より、Ｘ＝０．２６ｍｍである。そして、液晶パネル３ａの対角画面サイズは４型、絵素数は縦が４８０、横が３２０であるので、絵素の配列ピッチは１７７μｍである。従って、図８に示すように、画素の配列ピッチＰは絵素の配列ピッチの半分であるため、Ｐ＝８８．５μｍである。ゆえに、上記距離Ｘに相当する画素の周期数Ｎは、下記数式５により求められる。
Ｎ＝Ｘ÷Ｐ＝０．２６÷０．０８８５≒３ ・・・（５）

上記数式５より、本実施形態においては、画素の配列ピッチＰの３倍離れて配置された１対の画素に、相互に対応する右目用画像及び左目用画像を表示させることにより、使用者に、入出力装置のほぼ表面、即ち、タブレット２のほぼ前面に仮想的な表示面を認識させることができ、奥まり感をほぼ解消することができる。これは、図５に示すように、間に２つの画素を挟んで配置された画素１６及び１８に、相互に対応する右目用画像及び左目用画像を表示させることを意味している。本実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第２の実施形態と同様である。

次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図９は本実施形態に係る入出力装置の光学的構成を示す図である。本実施形態においては、前述の第３の実施形態と比較して、相互に隣接する１対の画素により、相互に対応する右目用画像及び左目用画像を表示する点、並びに、液晶層１２とカラーフィルタ基板６との界面からタブレット２の前面までの距離が０．７ｍｍである点が異なっている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第３の実施形態と同様である。即ち、タブレット２と液晶表示装置３との位置関係、及び液晶表示装置３における各構成要素の位置関係は、図１及び図２に示す前述の第１の実施形態に係る入出力装置と同様であり、タブレット２は抵抗膜方式のタブレットであり、液晶パネル３ａの対角画面サイズは４型であり、画素数は縦が４８０絵素、横が３２０絵素であり、各絵素４１における画素４２乃至４７の配列は図８に示すとおりであり、シリンドリカルレンズ９ａの高さは１０μｍである。

図９に示すように、使用者の両目間の距離Ｗを６５ｍｍとし、右目１３及び左目１４と入出力装置１の表面との間の距離Ｌ３を４００ｍｍとする。また、上述の如く、液晶層１２とカラーフィルタ基板６との界面からタブレット２の前面までの距離Ｔ３を０．７ｍｍとする。更に、相互に隣接する１対の画素、例えば、図９に示す画素１６及び１９を透過した光線の交差点を点Ｈとし、液晶層１２とカラーフィルタ基板６との界面から交差点Ｈまでの距離をＴ４とし、交差点Ｈから使用者の右目１３及び左目１４までの距離をＬ４とする。更にまた、前述の第３の実施形態と同様に、絵素４１（図８参照）の配列ピッチは１７７μｍであり、画素の配列ピッチＰは８８．５μｍである。これにより、図９から、下記数式６及び７が成立する。
Ｌ４＋Ｔ４＝Ｌ３＋Ｔ３＝４００＋０．７ ・・・（６）
６５：Ｌ４＝０．０８８５：Ｔ４ ・・・（７）

上記数式６及び７から距離Ｌ４及びＴ４を求めると、Ｌ４≒４００．１５５ｍｍ、Ｔ４≒０．５４５ｍｍとなる。距離Ｔ３は０．７ｍｍ、距離Ｔ４は０．５４５ｍｍなので、Ｔ３とＴ４との差は０．１５５ｍｍであることがわかる。

従って、従来の入出力装置においては、液晶パネル３ａの表示点Ｊとペン４の接触点Ｉとの間の距離は約０．７ｍｍとなるのに対して、本実施形態においては、仮想的な表示点Ｈとペン４の接触点Ｉとの間の距離は０．１５５ｍｍとなる。従って、本実施形態に係る入出力装置は、従来の入出力装置と比較して、奥まり感を大幅に軽減できる。本実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第３の実施形態と同様である。

なお、前述の第３及び第４の実施形態においては、タブレット２には抵抗膜方式のものを使用し、ペン４の接触により位置検出を行う例について示したが、本発明はこれに限らず、静電容量結合方式のタブレットを使用してもよく、その他表示装置と使用者との間に配置して使用するいかなる方式のタブレットを使用しても、第３及び第４の実施形態と同様な効果を得ることができる。

また、前述の各実施形態においては、タブレット２を液晶表示装置３と使用者との間に配置する例を示したが、本発明はこれに限らず、入力を行うことができれば、表示装置の背面等に配置してもよい。例えば、電磁誘導方式のタブレットを液晶表示装置３の背面に配置して、ペンの先端の位置を検出するようにしても、第３及び第４の実施形態と同様な効果を得ることができる。なお、この場合は、液晶パネルの前面基板に起因する奥まり感のみを解消する。また、液晶パネル３ａにおいて、カラーフィルタ基板６とＴＦＴ基板７の上下関係に特に制限はない。

更に、前述の各実施形態においては、出力機器が液晶表示装置である場合について述べたが、本発明はこれに限らず、出力機器には、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ等、液晶表示装置以外の表示装置を使用してもよい。

更にまた、前述の各実施形態においては、レンズ９が使用者側に凸部が形成されたレンチキュラレンズである例を示したが、本発明はこれに限定されず、上述のように仮想的な画像をペン先の位置に表示できれば、例えばフライアイレンズ等でもよく、レンズの形状に特に制限を与えるものではない。また、レンチキュラレンズの替わりに、液晶パネル３ａとバックライト８との間にパララックスバリアを配置して、画素から射出される光の指向性を制御して各画素の光を右目用画像と左目用画像とに振り分けてもよい。また、例えば、偏光フィルム１０とカラーフィルタ基板６との間にタブレット２及びレンズ９を配置しても、前述の各実施形態と同様の効果を得ることができる。

更にまた、高速で応答する液晶パネルと、出射する光の方向を高速で振り分けるバックライトとを使用し、液晶パネルにより右目用画像と左目用画像とを高速で交互に表示し、これに同期して、バックライトが光の出射方向を振り分けることにより、液晶パネルが右目用画像を表示しているときはこの右目用画像を使用者の右目に対して供給し、液晶パネルが左目用画像を表示しているときはこの左目用画像を使用者の左目に対して供給するようにしてもよい。但し、この場合も、相互に対応する右目用画像及び左目用画像を示す２本の光線の軌跡は、入出力装置の前面に位置する点において相互に交差するようにする。これにより、使用者は目の残像効果により、前述の各実施形態と同様に仮想的な表示面を認識することができる。

更にまた、前述の各実施形態においては、入出力装置をＰＤＡ又は携帯端末に搭載する例を示したが、本発明はこれに限定されず、前述の各実施形態に係る入出力装置を、携帯電話、ゲーム機、デジタルカメラ、又はデジタルビデオに搭載してもよい。また、パーソナルコンピュータの端末装置として使用してもよい。

本発明は、携帯電話、携帯端末、ＰＤＡ、ゲーム機、デジタルカメラ、デジタルビデオ又はパーソナルコンピュータの端末装置等に搭載され、手書き感覚でデータの入力を行うことができる入出力装置及びこれを搭載した端末装置に好適に利用することができる。

本発明の第１の実施形態に係る入出力装置を示す斜視図である。 図１に示す入出力装置の部分断面図である。 図１に示す入出力装置の光学的構成を示す図である。 第１の実施形態の変形例に係る入出力装置の画素及びレンズを示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る入出力装置の光学的構成を示す図である。 本実施形態に係る入出力装置の光学的構成を一般的に示す図である。 本発明の第３の実施形態における液晶パネルを示す平面図である。 本実施形態に係る入出力装置の画素及びレンズを示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る入出力装置の光学的構成を示す図である。 従来の入出力装置を示す断面図である。 特許文献１に開示された従来の入出力装置を示す斜視図である。 図１１に示す入出力装置の模式的断面図である。 特許文献２に開示された従来の入出力装置を示す模式的断面図である。

符号の説明

１；入出力装置
２；タブレット
３；液晶表示装置
３ａ；液晶パネル
４；ペン
５；入出力領域
６；カラーフィルタ基板
７；ＴＦＴ基板
８；バックライト
９；レンズ
９ａ、９ｂ；シリンドリカルレンズ
１０、１１；偏光フィルム
１２；液晶層
１３；使用者の右目
１４；使用者の左目
１５、１６、１７；右目用画素
１８、１９、２０；左目用画素
２１〜２６；画素
４１；絵素
４２〜４７；画素
４８；ＴＦＴ基板
４９；カラーフィルタ基板
５０；液晶
５１；ＬＣＤ
５２；タブレット
５３；ペン
５４；ペン
５５；タブレット
５６；視差補正プレート
５７；平面ディスプレイ
５８；バックライト
５９；光の経路
６３；センサ基板
６４；バックライト
６５；液晶表示装置
６６；上側基板
６７；下側基板
６８；液晶
６９；マイクロレンズアレイシート
７０；光拡散層
７１；ペン
Ａ〜Ｊ；点
Ｔ１〜Ｔ３、Ｌ１〜Ｌ４、ｄ１、ｄ２；距離

Claims (11)

1. 複数の画素からなる画素群がマトリクス状に配列された表示装置と、前記画素群に属する画素のうち第１の画素から出射する光を第１の方向に向けると共に第２の画素から出射する光を第２の方向に向ける光学部材と、前記表示装置の前方に配置され前記表示装置から出射した光を透過させると共に前方から接触されたときに接触位置の座標を検出する平面入力装置と、を有し、一の前記画素群に属する前記第１の画素から出射した第１の光の軌跡と前記一の画素群又は他の前記画素群に属し前記第１の画素を駆動する信号と同じ信号に基づいて駆動される前記第２の画素から出射した第２の光の軌跡とが交差することを特徴とする入出力装置。
2. 前記第１の光の軌跡と前記第２の光の軌跡とが前記平面入力装置の前面において交差することを特徴とする請求項１に記載の入出力装置。
3. 前記第１の画素から出射した光が使用者の右目に到達し、前記第２の画素から出射した光が使用者の左目に到達するように配置されたときに、使用者の両目の間隔をＷとし、前記光学部材が光を振り分ける方向における前記画素の配列ピッチをＰとし、前記表示装置の表示面から前記平面入力装置の前面までの距離をＴとし、前記平面入力措置の前面から使用者の両目までの距離をＬとし、０以上の整数をｎとするとき、下記数式が成立することを特徴とする請求項２に記載の入出力装置。
   Ｗ：Ｌ＝Ｐ×（２ｎ＋１）：Ｔ
4. 前記表示装置が液晶表示装置であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の入出力装置。
5. 前記平面入力装置がタブレットであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の入出力装置。
6. 前記光学部材がレンチキュラレンズであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の入出力装置。
7. 前記光学部材がフライアイレンズであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の入出力装置。
8. １の画素群又は連続して配置された複数の画素群が１の絵素を構成しており、この絵素が正方形の領域に配置されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の入出力装置。
9. 光を第１の方向及び第２の方向に向けて交互に出射する光源と、この光源の前方に配置され複数の画素を備えた液晶パネルと、前記液晶パネルの前方に配置され前記液晶パネルから出射した光を透過させると共に前方から接触されたときに接触位置の座標を検出する平面入力装置と、を有し、前記光源が光を前記第１の方向に向けて出射するときに前記液晶パネルの第１の前記画素を一の信号に基づいて駆動し、前記光源が光を前記第２の方向に向けて出射するときに、前記第２の方向に向かう光線のうち前記第１の画素を透過して前記第１の方向に向かう光線が前記平面入力装置の前面と交差する点を通過する光線が透過する第２の前記画素を前記一の信号と同じ信号に基づいて駆動することを特徴とする入出力装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の入出力装置を有することを特徴とする端末装置。
11. 携帯電話、ＰＤＡ、携帯端末、ゲーム機、デジタルカメラ又はデジタルビデオであることを特徴とする請求項１０に記載の端末装置。

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