JP4774716B2 - 情報表示装置、位置指示装置および位置検出システム - Google Patents

情報表示装置、位置指示装置および位置検出システム Download PDF

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本発明は、対話的操作や手書き入力操作が要求される場合に好適に用いることができる情報表示装置、位置指示装置および位置検出システムに関する。
液晶表示装置などの情報表示装置が広く利用されている。このような情報表示装置は、表示を構成する単位である画素を、1インチあたり72個あるいは1インチあたり300個というような高密度で、規則的に二次元配列したものであり、画素ごとに光変調を制御することにより、所望の表示を得るものである。近年、このような情報表示装置は小型化および高精細化が進み、印刷物のような表示が可能となってきている。
加えて、情報化の進展に伴い、このような情報表示装置において、表示に対する対話的操作や手書き入力操作を可能とすることが強く望まれている。このような要求に対しては、スタイラスペン等の指示位置を検出する位置検出装置が必要となる。この種の位置検出装置の例としては、下記の特許文献1に記載のように、表示画面の前面に抵抗膜を設けたり、あるいは、下記の特許文献2に記載のように、画面を透して電磁的に検出するといった方法が知られている。
特開平11−242561号公報 特開2002−215317号公報
しかしながら、このような位置検出装置は、表示体の表示面上への透明抵抗体の覆設や、電磁誘導コイルの形成などが必要であるため、表示品質の低下やコストアップを招いた。
本発明の目的は、前記したコストアップや表示品質の低下を招くことなく、対話的操作や手書き入力操作を行うことができる情報表示装置、位置指示装置および位置検出システムを提供することにある。
上記した課題を解決するために、本発明の情報表示装置は、複数の画素が、第1の方向、及び前記第1の方向に直交する第2の方向に沿って周期的に配置されて成る表示面を有する情報表示装置であって、前記表示面の外部から識別可能な、前記画素の少なくとも一部の構成部材が、それぞれの画素の前記第1の方向についての配置位置に基づく符号に応じて変化される第1の構造変調要素と、前記第2の方向についての配置位置に基づく符号に応じて変化される第2の構造変調要素と、を有し、前記第1の方向についての配置位置に基づく符号は、対応する前記画素の前記第1の方向についての配置位置に基づいて、第1の部分系列から割り当てられ、前記第2の方向についての配置位置に基づく符号は、対応する前記画素の前記第2の方向についての配置位置に基づいて、第2の部分系列から割り当てられ、前記第1の部分系列及び前記第2の部分系列は、規定された長さで区切った符号の並びがいずれも一度しか出現しない一の符号系列に含まれる、互いに重ならない部分系列であることを特徴とする。
また、本発明の情報表示装置は、複数の画素が、第1の方向、及び前記第1の方向に直交する第2の方向に沿って周期的に配置されて成る表示面を有する情報表示装置であって、前記表示面の外部から識別可能な、前記画素の少なくとも一部の構成部材が、それぞれの画素の前記第1の方向についての配置位置に基づく符号に応じて変化される第1の構造変調要素と、前記第2の方向についての配置位置に基づく符号に応じて変化される第2の構造変調要素と、を有し、前記第1の方向についての配置位置に基づく符号は、対応する前記画素の前記第1の方向についての配置位置に基づいて、第1の符号系列から割り当てられ、前記第2の方向についての配置位置に基づく符号は、対応する前記画素の前記第2の方向についての配置位置に基づいて、第2の符号系列から割り当てられ、前記第1の符号系列及び前記第2の符号系列はそれぞれ、規定された長さで区切った符号の並びがいずれも一度しか出現しない符号系列であり、各前記画素には、前記画素の90度回転対称点を除く定位置に、前記表示面の外部から識別可能なパターンが形成されていることを特徴とする。
また、本発明の位置検出システムは、複数の画素が、第1の方向、及び前記第1の方向に直交する第2の方向に沿って周期的に配置されて成る表示面を有する情報表示装置と、前記表示面を外部から指示する位置指示装置とを備え、前記位置指示装置が指示する前記表示面上の指示位置を検出する位置検出システムであって、前記情報表示装置は、前記表示面の外部から識別可能な、前記画素の少なくとも一部の構成部材が、それぞれの画素の前記第1の方向についての配置位置に基づく符号に応じて変化される第1の構造変調要素と、前記第2の方向についての配置位置に基づく符号に応じて変化される第2の構造変調要素と、を有し、前記第1の方向についての配置位置に基づく符号は、対応する前記画素の前記第1の方向についての配置位置に基づいて、第1の部分系列から割り当てられ、前記第2の方向についての配置位置に基づく符号は、対応する前記画素の前記第2の方向についての配置位置に基づいて、第2の部分系列から割り当てられ、前記第1の部分系列及び前記第2の部分系列は、規定された長さで区切った符号の並びがいずれも一度しか出現しない一の符号系列に含まれる、互いに重ならない部分系列であり、前記位置指示装置は、前記指示位置周辺の前記画素の画像を入力する入力部と、前記画像から前記構造変調要素を抽出して、それぞれの前記画素に対応する符号を取得する符号取得部と、前記符号を復号して、前記表示面上における前記画素の配置位置を取得する位置取得部とを備えることを特徴とする。
また、本発明の位置指示装置は、複数の画素が、第1の方向、及び前記第1の方向に直交する第2の方向に沿って周期的に配置されて成る表示面を外部から指示する位置指示装置であって、前記表示面においては、前記表示面の外部から識別可能な、前記画素の少なくとも一部の構成部材が、それぞれの画素の前記第1の方向についての配置位置に基づく符号に応じて変化される第1の構造変調要素と、前記第2の方向についての配置位置に基づく符号に応じて変化される第2の構造変調要素と、を有し、前記第1の方向についての配置位置に基づく符号は、対応する前記画素の前記第1の方向についての配置位置に基づいて、第1の部分系列から割り当てられ、前記第2の方向についての配置位置に基づく符号は、対応する前記画素の前記第2の方向についての配置位置に基づいて、第2の部分系列から割り当てられ、前記第1の部分系列及び前記第2の部分系列は、規定された長さで区切った符号の並びがいずれも一度しか出現しない一の符号系列に含まれる、互いに重ならない部分系列であり、前記位置指示装置は、前記指示位置周辺の前記画素の画像を入力する入力部と、前記画像の中から前記符号化された情報を取得する符号取得部と、前記符号を復号して、前記画素の位置を取得する位置取得部とを備えることを特徴とする。
本発明の情報表示装置の他の態様は、複数の画素を周期的に配置して成る表示面を有する情報表示装置であって、前記表示面の外部から識別可能な、前記画素の少なくとも一部の構成部材が、それぞれの画素の配置位置に基づく符号に応じて変化される所定の構造変調要素を有することを特徴とする。
本発明の情報表示装置では、前記構造変調要素は、前記構成部材に設けられた所定形状の位置、個数または出現する頻度であっても良い。
また、本発明の情報表示装置では、前記構造変調要素を有する前記構成部材は、前記画素の内部で通電する通電部材、前記内部で電気を絶縁する絶縁部材または前記内部で光の透過を遮蔽する遮蔽部材であっても良い。
加えて、本発明の情報表示装置の前記構成部材には、それぞれの前記画素を駆動する駆動素子を含み、前記構造変調要素は、それぞれの前記画素内における前記駆動素子の位置、または前記駆動素子の形状であっても良い。
この発明によれば、表示面の画素を構成する構成部材が有する構造変調要素は、この画素の配置位置に基いて変化されているため、表示面上の任意の位置において前記構造変調要素を調べることで、その配置位置に関する情報を得ることができる。従って、表示面上における位置を検出するための部材を、表示部に付設する必要が無いため、表示部の表示品質が劣化しないことに加えて、前記部材を敷設するコストが不要になる。
本発明の情報表示装置では、前記符号は、対応する前記画素の配置位置に基づいて、所定の符号系列から割り当てられることが好ましい。
この発明によれば、画素の配置位置を示す情報は、所定の符号系列から割り当てられているため、複数の画素からこの符号列を読取った後、所定の方法で復号すれば、画素の配置位置を示す情報を容易に取得できる。
本発明の情報表示装置では、前記符号系列は、規定された長さで区切った符号の並びが、いずれも一度しか出現しない符号系列であることが好ましい。
また、本発明の情報表示装置では、前記符号系列は、DeBruijn(デブルイン)系列またはM系列の部分列で構成されても良い。
この発明によれば、規定された長さで区切った同一の並びが一度しか出現しない符号系列であるため、符号系列と画素の配置位置とを一意に関連付けできる。
上記した課題を解決するために、本発明の位置検出システムは、複数の画素を周期的に配置して成る表示面を有する情報表示装置と、前記表示面を外部から指示する位置指示装置とを備え、前記位置指示装置が指示する前記表示面上の指示位置を検出する位置検出システムであって、前記情報表示装置は、前記表示面の外部から識別可能な、前記画素の少なくとも一部の構成部材が、それぞれの画素の配置位置に基づいて変化される所定の構造変調要素を有し、前記位置指示装置は、前記指示位置周辺の前記画素の画像を入力する入力部と、前記画像から前記構造変調要素を抽出して、それぞれの前記画素に対応する符号を取得する符号取得部と、前記符号を復号して、前記表示面上における前記画素の配置位置を取得する位置取得部とを備えることを特徴とする。
この発明によれば、情報表示装置の表示面上を移動する位置指示装置の指示位置は、表示部の表示品質を低下させることなく検出できる。
上記した課題を解決するために、本発明の位置指示装置は、自身の指示位置を示す符号を識別可能に付加された画素が周期的に配置されて成る表示面を外部から指示する位置指示装置であって、前記指示位置の周辺の前記画素の画像を入力する入力部と、前記画像の中から前記符号化された情報を取得する符号取得部と、前記符号を復号して、前記画素の位置を取得する位置取得部とを備えることを特徴とする。
この発明によれば、位置指示装置は、表示面上の画素の位置を示す符号を取得し、復号して位置を取得するため、同一の方法で符号化された情報を備える表示体であれば、同一の方法で画素の位置を取得できる。
以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。
(実施形態1)
図1は、本実施形態1に係る位置検出システムを構成する位置指示装置10および情報表示装置20の外観を示す斜視図である。この位置指示装置10は外観視ペン形状で、円筒部12は使用者に把持される。また、情報表示装置20は、情報を表示する表示面24と、この情報表示装置20を操作する操作ボタン22とを備える。これらの位置指示装置10および情報表示装置20は無線通信により接続可能で、表示面24を位置指示装置10の先端部14が指示することで、先端部14が指示した位置を含む所定の情報は、位置指示装置10から情報表示装置20に伝わる構成になっている。
(表示パネルの構成)
次に、情報表示装置20の表示面24を構成する表示パネル200について概説する。図2は、表示パネル200の一部の構成を示す概略構成図である。この表示パネル200は、アクティブマトリックス方式のTFTカラー液晶パネルであり、本実施形態1では、表示体として、この表示パネル200を採用している。
この表示パネル200は、複数の液晶セルで構成される画素205より成り、図示を略した上下2枚のガラス基板の間に挟持されるように形成される。即ち、下方のガラス基板上には、液晶の駆動素子である薄膜トランジスタ(TFT)210と、一方の透明電極220Aと、信号電極230と、走査電極235とが形成される。また、上方のガラス基板の、下方のガラス基板と対向する側には、RGBの各色で構成されたカラーフィルタ250と、各色が透過可能な開口部270を有すると共に、各色の境界部を遮蔽する遮蔽部材であるブラックマスク260と、他方の透明電極220Bとが形成される。そして、上記した透明電極220A,220Bの間には、封入された液晶部材240が配置される。更に、それぞれのガラス基板の外側の面には、図示を略した偏光板が貼付される。
上記の構成により、RGBの内のどれかを表示する画素205が多数形成される。従って、前記したそれぞれのガラス基板上に、それぞれ異なる色の画素205を多数形成することに加えて、それぞれの画素205に配置された薄膜トランジスタ210を適切に制御して、液晶部材240の偏光性を選択的に制御することで、この表示パネル200上に文字や画像を表示できる。
次に、ブラックマスク260について説明する。図3は、本実施形態1におけるブラックマスク260Aを示す斜視図である。このブラックマスク260Aは、例えば、クロム系の金属膜で構成され、前記したそれぞれの画素205に合わせて周期的な構造を有する。加えて、ブラックマスク260Aは、画像の表示に直接的には関与しないため、画像の表示内容に拘らず、画素205の周囲にある格子状の構造物として、表示面上から容易に識別可能である。
本実施形態1において、このブラックマスク260Aは、画素205の位置情報を含む構成部材であり、それぞれの開口部270の大きさが、直交する方向にそれぞれ2通りに変調された構造変調要素とされている。即ち、一方の方向(X方向)では、X0またはX1の2通りの寸法が採用されている。同様に、他方の方向(Y方向)では、Y0またはY1の2通りの寸法が採用されている。ここで、X0の寸法の場合を「0」という符号に割り付け、X1の寸法の場合を「1」という符号に割り付ける。同様に、Y0の寸法の場合を「0」という符号に割り付け、Y1の寸法の場合を「1」という符号に割り付ける。このように割り付けることで、それぞれの開口部270は、「0」と「1」の2値の符号を表現できることに加えて、隣接する複数の開口部270を組合わせることで、符号列を表現することができる。例えば図3では、X方向が「0」、Y方向が「0」の開口部270Aを起点として、X方向に隣接する4つの開口部(270A,270B,270C,270D)により、符号列「0100」が表現されている。同様に、Y方向に隣接する4つの開口部(270A,270E,270F,270G)では、符号列「0111」が表現されている。
ここで、これらの符号列は、所定の規則に従い生成され、本実施形態1では次数4のM系列を採用している。ここでn次のM系列とは、先行するn個の符号の組み合わせから、次に続く符号を規則的に順次生成してできる符号系列のうち、符号の繰り返し周期(系列長)が事実上の最大値(2^n)−1(^は冪号)になる系列として知られたものである。すなわち、このM系列に従い生成された符号列は、連続するn個の符号列の並びが、繰り返し周期の中にそれぞれ一度しか出現しないという性質を持つ。なお、M系列を生成するための規則は生成多項式と称される。
図4は、次数が4のM系列300に基いて作成された符号列対応テーブル170Aの一例を示す図である。この図によれば、例えば「0100」の符号列は、「0001」を初期値として3番目に出現することが一意に決まる。そこで、この符号列を、X座標値177A上のX位置「X12」に割り付ける。すなわち、ブラックマスク260AのX方向において、X位置「X12」を起点とする連続位置(X12,X13,X14,X15)の画素のX方向の寸法が、符号列「0100」になるように、それぞれの開口部270の寸法が、ブラックマスク260Aの生成段階で決定される。同様にして、「0111」の符号列は、「1010」を初期値として4番目に出現することが一意に決まり、この符号列をY座標値178A上のY位置「Y13」に割り当てる。すなわち、ブラックマスク260AのY方向において、Y位置「Y13」を起点とする連続位置(Y13,Y14,Y15、Y16)の画素のY方向の寸法が、符号列「0111」になるように、それぞれの開口部270の寸法が、ブラックマスク260Aの生成段階で決定される。
上記したように、ブラックマスク260Aの開口部270に割り付けられた符号列は、符号列対応テーブル170Aに従って作成されている。従って、ブラックマスク260Aの任意の開口部270を起点とした符号列を読取れば、この符号列を符号列対応テーブル170Aと照合することで、ブラックマスク260A上でのX方向およびY方向の位置が判明する。
なお、本実施形態では、説明を容易にするため4次のM系列を用いて説明したが、12次等の高次のM系列を採用し、抽出する符号列長もその次数にあわせて増加させることにより、実際的な適用が可能である。例えば12次であれば、4095の独立した長さ12の符号列を同様の方法で埋め込むことができるから、例えば、X方向に1653座標、Y方向に2338座標といったA4サイズ200DPIの大面積高分解能の位置検出にも充分対応できる。
なお、上述の説明では、符号列の代表する位置をその符号列の開始位置の画素としたが、符号列の中心位置の画素を代表するようにしても良いことはもちろんである。
なお、符号列を抽出する際に、X方向とY方向の区別や、「0111」の符号列に対する「1110」といった反転配置が問題となるが、本実施形態1のように、X方向とY方向の符号列を、ともに同じM系列の互いに重ならない部分系列から採用すれば、全ての符号列は、X方向またはY方向のいずれかにしか現れないことになるので、これらの判別が容易となる。加えて、本実施形態1のように、画素の一角に方向パターンがあるような場合には、常にこの方向パターンが左上等の定位置にくるように正置してから、符号列を抽出すれば問題なく、これらのいずれかを採用すれば事足りる。後者の方法により、X方向・Y方向に同じ符号列の割り当てを許せば、より次数の小さいM系列で対応できる。
また、反転配置での抽出を排除する方法として、開口部270の寸法の変調を常に一定のエッジでのみ行う方法を採用しても良い。すなわち、例えば、Y方向の変調を行う際に、常に図3における開口の奥側(方向パターン側)のエッジのみを移動させるようにする。このようにすれば、変調側のエッジは変調に対応して変化(Y100,Y200)するのに対し、他方のエッジの間隔は変調の有無に依らず一定(Y100)となる。従って、変調符号から符号列「0000」と「1111」を排除しておけば、両エッジを対象に間隔をテストすることにより、そのいずれか一方は必ず異なる間隔を含んでいることとなる。そこで、この異なる間隔を含んでいる方の符号列を採用することにより、符号列の正の並びを特定できることになる。他の方法として、符号効率が低下するものの、反転列が現れないような特殊な系列を採用することで対応することもできる。
尚、本実施形態1では、ブラックマスク260Aの開口部270の大きさを構造変調要素に採用したが、これに代えて、ブラックマスク260Aの所定部分の幅を採用することもできる。更に、各画素の境界部を遮蔽するブラックマスク260Aに代えて、電極等の通電部材や絶縁膜等の絶縁部材のような表示パネル200を構成する他の構成部材において構造変調要素を採用してもよい。
たとえば、ブラックマスクが不要な表示体や、反射型の表示体に適用する場合においては、信号電極・走査電極や画素電極の少なくとも一部を不透明にして、これら不透明部分の幅や画素における相対位置を構造変調要素に採用することができる。
(位置指示装置の構成)
次に、位置指示装置10の機能構成を図5に示す。この位置指示装置10は、位置情報検出部30と、制御部40と、記憶部50と、通信部60とを備える。位置情報検出部30は、情報表示装置20の表示面24を指示する位置を検出して、位置に関する信号を制御部40に送る。この位置情報検出部30の詳細は、後述する。記憶部50は、表示面24で表示されている情報を記憶する。制御部40は、位置情報検出部30から送られる位置に関する信号に基き、先端部14が指示する表示面24の位置を算出すると共に、記憶部50に記憶されている表示面24での表示の情報を参照して、当該位置に予め割り付けられた動作を実行する。通信部60は、制御部40からの指示に従い、外部のネットワークや、情報表示装置20と通信を行う。
図6は、位置情報検出部30の機能構成を示す図である。この位置情報検出部30は、入力部110と、符号取得部120と、位置取得部150と、出力部180とを備える。また、符号取得部120は、画像抽出部130と、符号変換部140とを有する。更に、位置取得部150は、符号列照合部160と、符号列対応テーブル170とを有する。
入力部110は、撮像手段115(図7)で撮像した表示面24の所定の領域の画像を示す信号を入力して、符号取得部120に送る。符号取得部120は、前記画像の信号を処理することにより、所定の符号列に変換する。即ち、画像抽出部130は、前記画像の信号に対して、2値化処理やエッジ抽出処理等の画像処理を行うことで、所定の画像を抽出すると共に、抽出した画像から所定の構造変調要素を算出する。尚、本実施形態1において、所定の構成部材は、前記したブラックマスク260であり、構造変調要素は、ブラックマスク260の開口部270の寸法である。加えて、符号の並び順を特定するため、それぞれの開口部270のエッジ間の距離も算出する。
続いて、符号変換部140は、前記構造変調要素を所定の規則に従い、符号に変換する。本実施形態1では、開口部270の寸法を所定の値と比較した大小関係により、「0」または「1」の符号に変換する。ここで、所定の値は、ブラックマスク260の開口部270のそれぞれ取り得る寸法の略中心の値を採用する。このようにして取得された符号は、エッジ間の距離により、並び順が決定された後、位置取得部150に送られる。
位置取得部150は、複数の前記符号を並べた符号列を復号化して、表示面24上での位置を取得する。即ち、符号列照合部160は、前記符号列を符号列対応テーブル170と照合する。この符号列対応テーブル170は、表示パネル200の生成段階で用いた符号列対応テーブル170A(図4)と同一であり、複数の符号列と、それぞれの符号列に対応する表示面24上での位置を示す情報とが備わる。従って、前記照合により、前記符号列に対応した表示面24上での位置を示す情報が取得できる。続いて、取得された位置を示す情報は、出力部180に送られた後、外部に出力される。
図7は、位置指示装置10のハードウェア構成を示すブロック図である。この図7に示すように、位置指示装置10は、CPU(Central Processing Unit)42、RAM(Random Access Memory)46、ROM(Read Only Memory)44、フラッシュメモリ55、入出力I/O(Input Output)70を備えて構成される。これらの各部は、バス48で互いに信号を授受可能に接続されている。
CPU42は、ROM44に格納された基本制御プログラムや、ROM44およびフラッシュメモリ55に格納されたアプリケーションプログラムなどの各種プログラム及びデータを読み込み、それら各種プログラム及びデータをRAM46内に設けられるワークエリアに展開実行して、位置指示装置10が備える各部の制御を実行する。
入出力I/O70には、撮像手段115と、無線通信手段65とが接続されている。撮像手段115は、前記した入力部110を構成すると共に、先端部14に配置され、位置指示装置10が指示する表示面24を拡大して撮像する。この撮像手段115は、例えばCCDカメラを採用できる。無線通信手段65は、通信部60を構成する。この無線通信手段65は、無線LAN装置、赤外線通信装置等を採用できる。
なお、前記した各機能は、CPU42やRAM46等からなるハードウェア資源と、ROM44やフラッシュメモリ55に記憶されたソフトウェアとが有機的に協働することにより、それぞれの機能を実現している。
上記した構成において、使用者が情報表示装置20の表示面24を位置指示装置10で指示することにより、指示した領域近傍の複数のブラックマスク260Aを含む画像は、撮像手段115により撮像される。続いて、撮像された画像の中から、ブラックマスク260Aの所定の位置を先頭として、直交する方向にそれぞれ4つのブラックマスク260Aが選択され、それぞれのブラックマスク260Aの開口部270が画像抽出部130により抽出されると共に、それぞれの開口部270の寸法と所定のエッジ間の距離が計測される。そして、それぞれの寸法は、符号変換部140で所定の値と比較され、「0」と「1」の符号列に変換される。加えて、それぞれのエッジ間の距離から、符号列の並び順が決定される。このようにして、変換された符号列は、符号列対応テーブル170Aで照合され、X方向とY方向の位置が取得される。ここで、ブラックマスク260Aの開口部270は、それぞれの画素205が形成される位置であるため、ブラックマスク260A上での位置が検出できれば、表示面24上における位置指示装置10の指示位置も一意に決まる。以上の方法により、表示面24上の位置指示装置10の任意の位置を検出できる。
なお、上述の説明では、符号列の代表する位置をその符号列の開始位置の画素としたが、符号列の中心位置の画素を代表するようにしても良いことはもちろんである。
さらには、画素単位の位置取得に加えて、画素の周期の範囲内での位置シフトの検出を組み合わせれば、さらに高分解能の位置取得も可能である。
また、符号列の照合には、テーブルを参照する代わりに、M系列の生成多項式と系列初期値を共有し、得られた配列を初期値として、系列初期値が現れるまでの生成数から位置を得る方法を採用しても良い。
以上、述べたような実施形態1によれば、次のような効果がある。
(1)ブラックマスク260Aに割り付けられた符号列は、M系列に従うため、一つの符号の並びは一度しか現れない。従って、この性質を利用して、位置指示装置で撮像された表示面24の部分画像から抽出される画素配列の位置を確定することができる。すなわち、ブラックマスク260Aの製造時の寸法を工夫するのみで、格段のコストを要することなく、表示面24に位置検出の機能を備えることができる。
(実施形態2)
次に、本発明の実施形態2について、図8および図9を参照して説明する。尚、以下の説明では、既に説明した部分と同一な部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
図8は、本実施形態2において、画素205の位置情報を含む構成部材であるブラックマスク260Bを示す斜視図である。前記した実施形態1では、構造変調要素として開口部270の寸法を採用したが、本実施形態2においては、構造変調要素は、互いに直交する開口部270のエッジ部に、それぞれ付加した変形部(290,295)の位置を採用する。また、前記した実施形態1では、構造変調要素は、「0」および「1」の2値を採用したが、本実施形態2では、4値の構造変調要素を採用する。即ち、X方向に対しては、一方の変形部295の位置は、一方のエッジ側(295A)、中央部(295B)または他方のエッジ側(295C)である場合に加えて、変形部295が存在しない場合の何れかである。従って、それぞれの場合について、符号を「1」、「2」、「3」および「0」に割り付ける。同様にして、Y方向に対しても、他方の変形部290の位置は、一方のエッジ側(290A)、中央部(290B)または他方のエッジ側(290C)である場合に加えて、変形部290が存在しない場合の何れかである。従って、それぞれの場合について、符号を「1」、「2」、「3」および「0」に割り付ける。
次に、ブラックマスク260Bの符号列について説明する。前記した実施形態1では、符号列をM系列300に基いて生成したが、本実施形態2では、DeBruijn系列310に基き生成する。このDeBruijn系列310は、位数および次数が任意の自然数に対して生成可能である。加えて、このDeBruijn系列310に基いて生成された符号列は、連続する次数の長さで区切ると、1つの並びは一度しか出現しないことが知られている。定義によれば、前述のM系列は、位数2のDeBruijn系列から「0」のみの配列を排除した部分列である。M系列の最大長の「0」の並びにもう一つの「0」を加えることにより、位数2のDeBruijn系列が得られることから、これらは本発明への適用に際しては、実質的に同種の性質をもつ。
図9は、位数4、次数(長さ)2のDeBruijn系列310に基き作成された符号列対応テーブル170Bの一例を示す図である。前記した実施形態1では、1つの符号列対応テーブル170の符号列を2分割して、X方向およびY方向に振り分けたが、本実施形態2では、同一の符号列をX方向およびY方向に対して割り付ける。例えば、「31」の配列は、X座標値177Bでは「X23」を示すと共に、Y座標値178Bでは「Y23」を示す。このような場合、位置指示装置10で取得した符号列に対してX方向またはY方向の判別が必要であり、本実施形態2では、薄膜トランジスタ210を遮蔽するようにブラックマスク260Bに形成される遮蔽パターン280(図2)を方向パターンとして検出し判定すればよい。
以上、述べたような実施形態2によれば、次のような効果がある。
(1)各画素に割り当てられる符号の位数を増やすことにより、より少ない隣接画素で必要な符号列を確保できるため、検出対象となる画素の範囲をより小さくすることができる。
例えば、本実施例と同様の位数4のDeBruijn系列を用いれば、4096個の独立した次数(長さ)6の符号列を埋め込むことができる。すなわち、隣接する6個の範囲を検出することで、X方向・Y方向を区別しながら、X方向に1653座標、Y方向に2338座標といったA4サイズ200DPIの大面積高分解能の位置検出に対応できる。(実施形態3)
次に、本発明の実施形態3について、図10および図11を参照して説明する。図10は、実施形態3の表示パネル200を、表示体側から所定の波長の光で観察した場合の画像である。ここで、所定の波長の光は、例えば赤外光を採用できる。前記した実施形態1および実施形態2では、画素205の配置位置に関する情報を含む構成部材としてブラックマスク260を採用したが、本実施形態3では、薄膜トランジスタ210を採用し、薄膜トランジスタ210を形成する位置を符号に応じて変化させると共に、その位置を、他の構造物を透過する赤外光等で表示体側から検出可能とする。即ち、それぞれの画素205内に形成される薄膜トランジスタ210と、信号電極230および走査電極235との相対的な位置を構造変調要素とする。例えば、X方向に対しては、薄膜トランジスタ210と走査電極235とが接する場合を「0」に割り付ける。また、薄膜トランジスタ210と走査電極235とが離れている場合を「1」に割り付ける。同様にY方向に対しては、薄膜トランジスタ210と信号電極230とが接する場合を「0」に割り付ける。また、薄膜トランジスタ210と信号電極230とが離れている場合を「1」に割り付ける。ここで、薄膜トランジスタ210とそれぞれの電極を離して形成する場合、それぞれ補助配線215が必要になるため、薄膜トランジスタ210の位置を検出することに代えて、補助配線215の個数や出現の頻度を検出しても良い。
図11は、長さが4のM系列300に基き作成された符号列対応テーブル170Cの一例を示す図である。このM系列300Cは、図4のM系列300と同様であるが、符号列対応テーブル170Cを構成する符号列176Cは、図4の符号列176Aの中から、反転符号を除外した特殊な系列で構成される。
以上、述べたような実施形態3によれば、次のような効果がある。
(1)アクティブマトリクス型の表示体において、ブラックマスクを用いない場合においても適用できる。
(2)符号列対応テーブル170Cを構成する符号列176Cは,反転符号を除外した構成であるため、符号列176Cの正逆方向の並び順を、構成部材の位相を示す情報で決定する処理が不要である。従って、位置の検出を効率的に処理できる。
(実施形態4)
次に、本発明の実施形態4について、図12を参照して説明する。図12は、実施形態3と同様に、実施形態4の表示パネル200を、表示体側から観察した場合の画像である。本実施形態4では、画素205の配置位置に関する情報を含む構成部材として、表示パネル200に対して付加したマスク部285を採用する。即ち、画素205内におけるマスク部285の相対位置を構造変調要素として、このマスク部285の位置を表示体側から検出する。また、符号列としては、位数2のDeBruijn系列を採用する。
これらのマスク部285は、特定の波長や偏光状態の光のみを反射するようにすることもできる。
以上、述べたような実施形態4によれば、次のような効果がある。
(1)製造された表示パネル200の表示面上に、マスク部285を印刷したシートを貼付したり、インクジェット等のプリントプロセスでマスク部285を描画できるため、表示パネル200の製造プロセスでマスク部を作り込む必要がなく、既存の表示パネルに対しても、本発明を追加適用することができる。
(2)前記マスク部285に、波長・偏光選択性を持たせれば、表示パネル200で表示する画像に対して、影響を与えない。
以上、本発明を図示した実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、以下に述べるような変形例も想定できる。
(1)位置指示装置10は、情報表示装置20側で用いたM系列300の符号列対応テーブル170Aと同一のテーブルを備えることに代えて、M系列300の生成するパターンを一意に決める生成多項式および初期値の情報を備え、所定のパターンが現れるまで生成数を数えることにより、相対的な位置を求めても良い。
(2)情報表示装置20側に、M系列等の生成多項式を表示するパラメータ表示部を設けておき、位置指示装置10ではこのパラメータ表示部から情報を得ることにより、様々な分解能・大きさの表示面を持つ情報表示装置20にも対応することができる。
(3)表示体は、アクティブマトリックス方式のTFTカラー液晶パネルに限らず、MIM方式の液晶でも良い。また、駆動方式は、アクティブマトリックス方式に限定されず、単純マトリクス方式でも良い。更に、画素を制御して表示する表示体であれば、構造変調要素を適切に選択することにより、どのような表示体も採用できる。
(4)撮像手段115が撮像する画像は、光による画像に限らず、光の帯域以外の波長を有する電磁波や超音波の反射により得られる画像でも良い。
(5)同一の配列のみならず、所定のハミング距離より近接した配列が現れないような系列を採用することにより、検出値のエラー訂正を行えるようにすることもできる。
本発明の実施形態1に係る位置検出システムを構成する位置指示装置および情報表示装置の外観を示す斜視図。 実施形態1に係る表示パネルの一部を示す概略構成図。 実施形態1に係るブラックマスクを示す斜視図。 実施形態1に係る符号列対応テーブルの一例を示す図。 実施形態1に係る位置指示装置の機能構成を示す図。 実施形態1に係る位置検出部の機能構成を示す図。 実施形態1に係る位置指示装置のハードウェア構成を示すブロック図。 実施形態2に係るブラックマスクを示す斜視図。 実施形態2に係る符号列対応テーブルの一例を示す図。 実施形態3に係る表示パネルを観察した画像を示す図。 実施形態3に係る符号列対応テーブルの一例を示す図。 実施形態4に係る表示パネルを観察した画像を示す図。
符号の説明
10…位置指示装置、14…先端部、20…情報表示装置、22…操作ボタン、24…表示面、30…位置検出部、40…制御部、42…CPU、44…ROM、46…RAM、48…バス、50…記憶部、55…フラッシュメモリ、60…通信部、65…無線通信手段、70…入出力I/O、110…入力部、115…撮像手段、120…符号取得部、130…画像抽出部、140…符号変換部、150…位置取得部、160…符号列照合部、170…符号列対応テーブル、176…符号列、177…X座標値、178…Y座標値、180…出力部、200…表示パネル、205…画素、210…薄膜トランジスタ、215…補助配線、220…透明電極、230…信号電極、235…走査電極、240…液晶部材、250…カラーフィルタ、260…ブラックマスク、270…開口部、280…遮蔽パターン、285…マスク部、290,295…変形部、300…M系列、310…DeBruijn系列。

Claims (9)

  1. 複数の画素が、第1の方向、及び前記第1の方向に直交する第2の方向に沿って周期的に配置されて成る表示面を有する情報表示装置であって、
    前記表示面の外部から識別可能な、前記画素の少なくとも一部の構成部材が、それぞれの画素の前記第1の方向についての配置位置に基づく符号に応じて変化される第1の構造変調要素と、前記第2の方向についての配置位置に基づく符号に応じて変化される第2の構造変調要素と、を有し、
    前記第1の方向についての配置位置に基づく符号は、対応する前記画素の前記第1の方向についての配置位置に基づいて、第1の部分系列から割り当てられ、
    前記第2の方向についての配置位置に基づく符号は、対応する前記画素の前記第2の方向についての配置位置に基づいて、第2の部分系列から割り当てられ、
    前記第1の部分系列及び前記第2の部分系列は、規定された長さで区切った符号の並びがいずれも一度しか出現しない一の符号系列に含まれる、互いに重ならない部分系列であることを特徴とする情報表示装置。
  2. 複数の画素が、第1の方向、及び前記第1の方向に直交する第2の方向に沿って周期的に配置されて成る表示面を有する情報表示装置であって、
    前記表示面の外部から識別可能な、前記画素の少なくとも一部の構成部材が、それぞれの画素の前記第1の方向についての配置位置に基づく符号に応じて変化される第1の構造変調要素と、前記第2の方向についての配置位置に基づく符号に応じて変化される第2の構造変調要素と、を有し、
    前記第1の方向についての配置位置に基づく符号は、対応する前記画素の前記第1の方向についての配置位置に基づいて、第1の符号系列から割り当てられ、
    前記第2の方向についての配置位置に基づく符号は、対応する前記画素の前記第2の方向についての配置位置に基づいて、第2の符号系列から割り当てられ、
    前記第1の符号系列及び前記第2の符号系列はそれぞれ、規定された長さで区切った符号の並びがいずれも一度しか出現しない符号系列であり、
    各前記画素には、前記画素の90度回転対称点を除く定位置に、前記表示面の外部から識別可能なパターンが形成されていることを特徴とする情報表示装置。
  3. 請求項1又は2に記載の情報表示装置において、
    前記構造変調要素は、前記構成部材の所定部分の幅、または所定部分の間隙の長さであることを特徴とする情報表示装置。
  4. 請求項1又は2に記載の情報表示装置において、
    前記構造変調要素は、前記構成部材に設けられた所定形状の位置、個数または出現する頻度であることを特徴とする情報表示装置。
  5. 請求項1乃至のいずれか1項に記載の情報表示装置において、
    前記構造変調要素を有する前記構成部材は、前記画素の内部で通電する通電部材、前記内部で電気を絶縁する絶縁部材または前記内部で光の透過を遮蔽する遮蔽部材であることを特徴とする情報表示装置。
  6. 請求項1又は2に記載の情報表示装置において、
    前記構成部材には、それぞれの前記画素を駆動する駆動素子を含み、
    前記構造変調要素は、それぞれの前記画素内における前記駆動素子の位置、または前記駆動素子の形状であることを特徴とする情報表示装置。
  7. 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の情報表示装置において、
    前記符号系列は、DeBruijn(デブルイン)系列またはM系列の部分列で構成されることを特徴とする情報表示装置。
  8. 複数の画素が、第1の方向、及び前記第1の方向に直交する第2の方向に沿って周期的に配置されて成る表示面を有する情報表示装置と、前記表示面を外部から指示する位置指示装置とを備え、前記位置指示装置が指示する前記表示面上の指示位置を検出する位置検出システムであって、
    前記情報表示装置は、
    前記表示面の外部から識別可能な、前記画素の少なくとも一部の構成部材が、それぞれの画素の前記第1の方向についての配置位置に基づく符号に応じて変化される第1の構造変調要素と、前記第2の方向についての配置位置に基づく符号に応じて変化される第2の構造変調要素と、を有し、
    前記第1の方向についての配置位置に基づく符号は、対応する前記画素の前記第1の方向についての配置位置に基づいて、第1の部分系列から割り当てられ、
    前記第2の方向についての配置位置に基づく符号は、対応する前記画素の前記第2の方向についての配置位置に基づいて、第2の部分系列から割り当てられ、
    前記第1の部分系列及び前記第2の部分系列は、規定された長さで区切った符号の並びがいずれも一度しか出現しない一の符号系列に含まれる、互いに重ならない部分系列であり、
    前記位置指示装置は、
    前記指示位置周辺の前記画素の画像を入力する入力部と、
    前記画像から前記構造変調要素を抽出して、それぞれの前記画素に対応する符号を取得する符号取得部と、
    前記符号を復号して、前記表示面上における前記画素の配置位置を取得する位置取得部とを備えることを特徴とする位置検出システム。
  9. 複数の画素が、第1の方向、及び前記第1の方向に直交する第2の方向に沿って周期的に配置されて成る表示面を外部から指示する位置指示装置であって、
    前記表示面においては、前記表示面の外部から識別可能な、前記画素の少なくとも一部の構成部材が、それぞれの画素の前記第1の方向についての配置位置に基づく符号に応じて変化される第1の構造変調要素と、前記第2の方向についての配置位置に基づく符号に応じて変化される第2の構造変調要素と、を有し、
    前記第1の方向についての配置位置に基づく符号は、対応する前記画素の前記第1の方向についての配置位置に基づいて、第1の部分系列から割り当てられ、
    前記第2の方向についての配置位置に基づく符号は、対応する前記画素の前記第2の方向についての配置位置に基づいて、第2の部分系列から割り当てられ、
    前記第1の部分系列及び前記第2の部分系列は、規定された長さで区切った符号の並びがいずれも一度しか出現しない一の符号系列に含まれる、互いに重ならない部分系列であり、
    前記位置指示装置は、
    前記指示位置周辺の前記画素の画像を入力する入力部と、
    前記画像の中から前記符号化された情報を取得する符号取得部と、
    前記符号を復号して、前記画素の位置を取得する位置取得部とを備えることを特徴とする位置指示装置。
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