JP4968353B2 - 指示位置検出装置、指示位置検出方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、表示画面における任意の指示位置を検出する技術に関するものである。

従来、ＬＣＭ（Liquid Crystal panel Module：液晶パネルモジュール）やＣＲＴ（cathode-ray tube）等の表示装置に設けられ、表示装置の表示画面における任意の位置を指示するための装置として抵抗膜方式のタッチパネルが公知である。抵抗膜方式のタッチパネルは、例えばベースとなるガラス面の表面にスペーサをはさんでフィルムが貼り付けられ、ガラスとフィルムとの双方の対向面にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）と呼ばれる透明な電極格子が設けられた構造である。係るタッチパネルでは、フィルム側の表面をペンまたは指で押圧したときには、その位置に相当する場所でＩＴＯが導通するため、指示位置に相当する抵抗分の電圧を測定することによって指示位置が検出される（例えば下記特許文献１参照）。

特開２００９−４８６５３号公報

しかしながら、抵抗膜方式のタッチパネルにおいては、電極格子が設けられたフィルムによって表示装置の表示画面を覆うことが不可欠であるため、ＬＣＭ等の表示特性を低下させてしまうという問題があった。

本発明は、かかる従来の課題に鑑みてなされたものであり、表示装置の表示特性を低下させることなく表示画面における指示位置を検出することを目的とする。

前記課題を解決するため、請求項１記載の発明に係る指示位置検出装置にあっては、表示画面における指示位置を検出する指示位置検出装置であって、
前記表示画面の外周部に互いに離間して配置された複数のマイクロフォンと、
前記複数のマイクロフォンにより構成される各々が二つのマイクロフォンからなる二組のマイクロフォン毎に、前記表示画面における任意の位置の指示に際して生じた指示音の前記各組の二つのマイクロフォンの各々への到達時間差を取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された二組のマイクロフォンの一方側の到達時間差、及び他方側の到達時間差に基づいて前記指示位置を示す指示位置情報を取得する位置情報取得手段と、
前記取得手段に、各組の二つのマイクロフォンの組合せを第１の組合せとした二組のマイクロフォンについて、前記指示音の各マイクロフォンへの到達時間差をそれぞれ取得させるとともに、前記位置情報取得手段に、前記取得手段により取得された、各組の二つのマイクロフォンの組合せが第１の組合せである二組のマイクロフォンの一方側の到達時間差、及び他方側の到達時間差に基づいて前記指示位置を示す第１の指示位置情報を取得させる一方、前記取得手段に、各組の二つのマイクロフォンの組合せを前記第１の組合せと異なる第２の組合せとした二組のマイクロフォンについて、前記指示音の各マイクロフォンへの到達時間差をそれぞれ取得させるとともに、前記位置情報取得手段に、取得手段により取得された、各組の二つのマイクロフォンの組合せが第２の組合せである二組のマイクロフォンの一方側の到達時間差、及び他方側の到達時間差に基づいて前記指示位置を示す第２の指示位置情報を取得させる制御手段と、
前記制御手段が前記位置情報取得手段に取得させた第１の指示位置情報におけるＸ座標及びＹ座標と、前記制御手段が前記位置情報取得手段に取得させた第２の指示位置情報におけるＸ座標及びＹ座標との中間に位置する点のＸ座標及びＹ座標を第３の指示位置情報として取得し、当該第３の指示位置情報を、前記指示位置を示す最終的な指示位置情報として取得する補正手段と
を備えたことを特徴とする。

また、請求項２記載の発明に係る指示位置検出装置にあっては、前記各組の二つのマイクロフォンは、前記表示画面の外周部に前記表示画面を挟むように配置されたことを特徴とする。

また、請求項３記載の発明に係る指示位置検出装置にあっては、前記位置情報取得手段は、取得手段により取得された一方側の到達時間差、及び他方側の到達時間差に基づき双曲線法を用いて位置情報を取得することを特徴とする。

また、請求項４記載の発明に係る指示位置検出装置にあっては、前記位置情報取得手段は、一方側の到達時間差により表される一方側の一組のマイクロフォンにおける指示音の音源までの距離差によって特定される一方側の一組のマイクロフォンをそれぞれ焦点とする第１の双曲線と、他方側の到達時間差により表される他方側の一組のマイクロフォンにおける指示音の音源までの距離差によって特定される他方側の一組のマイクロフォンをそれぞれ焦点とする第２の双曲線との交点に対応する前記表示画面上の位置を指示位置とし、当該指示位置を示す位置情報を取得することを特徴とする。

また、請求項５記載の発明に係る指示位置検出装置にあっては、前記二組のマイクロフォンのうちの一方側の一組のマイクロフォンと他方側の一組のマイクロフォンとは、直交する２つの直線の一方側の直線上と他方側の直線上とにそれぞれ組をなして配置されたことを特徴とする。

また、請求項６記載の発明に係る指示位置検出装置にあっては、前記２つの直線は、前記表示画面の中心において直交することを特徴とする。

また、請求項７記載の発明に係る指示位置検出装置にあっては、前記表示画面は矩形であり、前記二組のマイクロフォンのうちの一方側の一組のマイクロフォンと他方側の一組のマイクロフォンとは、前記表示画面の一方の対角線を含む一方の直線上と他方の対角線を含む他方の直線上とにそれぞれ組をなして配置されたことを特徴とする。

また、請求項８記載の発明に係る指示位置検出装置にあっては、前記一方側の一組のマイクロフォンと前記他方側の一組のマイクロフォンとは、前記表示画面に平行な同一平面上に配置されたことを特徴とする。

また、請求項９載の発明に係る指示位置検出方法にあっては、表示画面における指示位置を前記表示画面の外周部に互いに離間して配置された複数のマイクロフォンを用いて検出する指示位置検出方法であって、
前記複数のマイクロフォンにより構成される各々が二つのマイクロフォンからなる二組のマイクロフォン毎に、前記表示画面における任意の位置の指示に際して生じた指示音の前記各組の二つのマイクロフォンの各々への前記指示音の到達時間差を取得する第１工程と、
二組のマイクロフォンの一方側の到達時間差、及び他方側の到達時間差に基づいて前記指示位置を特定する第２工程と、を含み、
前記第１工程において、各組の二つのマイクロフォンの組合せを第１の組合せとした二組のマイクロフォンについて、前記指示音の各マイクロフォンへの到達時間差をそれぞれ取得するとともに、前記第２工程において、前記第１工程で取得した、各組の二つのマイクロフォンの組合せが第１の組合せである二組のマイクロフォンの一方側の到達時間差、及び他方側の到達時間差に基づいて前記指示位置を示す第１の指示位置情報を取得し、
前記第１工程において、各組の二つのマイクロフォンの組合せを前記第１の組合せと異なる第２の組合せとした二組のマイクロフォンについて、前記指示音の各マイクロフォンへの到達時間差をそれぞれ取得するとともに、前記第２工程において、前記第１工程で取得した、各組の二つのマイクロフォンの組合せが第２の組合せである二組のマイクロフォンの一方側の到達時間差、及び他方側の到達時間差に基づいて前記指示位置を示す第２の指示位置情報を取得し、さらに、
前記第２工程において取得した第１の指示位置情報におけるＸ座標及びＹ座標と、前記第２工程において取得した第２の指示位置情報におけるＸ座標及びＹ座標との中間に位置する点のＸ座標及びＹ座標を第３の指示位置情報として取得し、当該第３の指示位置情報を、前記指示位置を示す最終的な指示位置情報として取得する第３工程
を含むことを特徴とする。

また、請求項１０記載の発明に係るプログラムにあっては、表示画面における指示位置を前記表示画面の外周部に互いに離間して配置された複数のマイクロフォンを用いて検出するプログラムであって、
コンピュータに、
前記複数のマイクロフォンにより構成される各々が二つのマイクロフォンからなる二組のマイクロフォン毎に、表示画面における任意の位置の指示に際して生じた指示音の前記各組の二つのマイクロフォンの各々への前記指示音の到達時間差を取得する第１処理と、
二組のマイクロフォンの一方側の到達時間差、及び他方側の到達時間差に基づいて前記指示位置を特定する第２処理と、を実行させ、
前記第１処理において、各組の二つのマイクロフォンの組合せを第１の組合せとした二組のマイクロフォンについて、前記指示音の各マイクロフォンへの到達時間差をそれぞれ取得させるとともに、前記第２処理において、前記第１処理で取得した、各組の二つのマイクロフォンの組合せが第１の組合せである二組のマイクロフォンの一方側の到達時間差、及び他方側の到達時間差に基づいて前記指示位置を示す第１の指示位置情報を取得させ、
前記第１処理において、各組の二つのマイクロフォンの組合せを前記第１の組合せと異なる第２の組合せとした二組のマイクロフォンについて、前記指示音の各マイクロフォンへの到達時間差をそれぞれ取得させるとともに、前記第２処理において、前記第１処理で取得した、各組の二つのマイクロフォンの組合せが第２の組合せである二組のマイクロフォンの一方側の到達時間差、及び他方側の到達時間差に基づいて前記指示位置を示す第２の指示位置情報を取得させ、さらに、 前記第２処理において取得させた第１の指示位置情報におけるＸ座標及びＹ座標と、前記第２処理において取得させた第２の指示位置情報におけるＸ座標及びＹ座標との中間に位置する点のＸ座標及びＹ座標を第３の指示位置情報として取得させ、当該第３の指示位置情報を、前記指示位置を示す最終的な指示位置情報として取得させる第３処理
を実行させることを特徴とする。

本発明によれば、表示装置の表示特性を低下させることなく表示画面における指示位置を検出することができる。

本発明の第１の実施形態に係る指示位置検出装置を示す構成図である。 各マイクロフォンの配置図である。 各マイクロフォンの座標位置を示す図である。 指示位置の取得方法を示す説明図である。 各マイクロフォンの他の配置例を示す配置図である。 双曲線の計算対象となる一対のマイクロフォンの他の組合せを示す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る指示位置検出装置を示す構成図である。 偏光板の具体的な構造の例を示す説明図である。

（実施形態１）
以下、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明に係る指示位置検出装置の第１の実施形態を示す構成図である。

本実施形態の指示位置検出装置は、文字や画像を表示するＬＣＭ１の表示画面における任意の指示位置を検出するものであり、ＬＣＭ１の表示画面側に設けられた４つのマイクロフォン２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ（図２参照）と、増幅器３、Ａ／Ｄ変換器４、位置取得部５とから構成される。

図１に示したＬＣＭ１は透過型であって、表面側と裏面側との２枚の透明なガラス基板１１，１２と、双方のガラス基板１１，１２間に封入された液晶１３と、ガラス基板１１，１２の外面にそれぞれ貼着された偏光板１４，１５とを有している。

裏側のガラス基板１２の内面には透明な画素電極１６がパターン形成されており、画素電極１６において画素に対応する部分にはＴＦＴ（Thin Film Transistor）１７がそれぞれ形成されている。表面側のガラス基板１１の内面には、所定の色配列を有するカラーフィルタ１８と透明なコモン電極１９とが順に層をなしてパターン形成されている。

表面側の偏光板１４の周囲は、表示窓２０ａが開口するフレームカバー２０によって覆われている。以下の説明においては、ＬＣＭ１の表示面（表面側の偏光板１４の表面）において表示窓２０ａから視認可能な領域をＬＣＭ１の表示画面１ａという。なお、ＬＣＭ１の使用に際しては、裏面側の偏光板１５の背面に、導光板やバックライトからなる面光源が設けられる。また、表示窓２０ａには必要に応じて透明な保護カバーが設けられる。

一方、指示位置検出装置を構成する４つのマイクロフォン２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄは表示窓２０ａの内側に配置されている。図２（ａ）は、ＬＣＭ１の表示画面１ａに対する各マイクロフォン２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの配置図である。なお、以下の説明では、各マイクロフォン２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄを第１〜第４のマイクロフォンと呼ぶことにより各々を区別する。

図２（ａ）に示したように第１〜第４のマイクロフォン２Ａ〜２Ｄは表示画面１ａの各辺に配置されている。具体的に説明すると第１〜第４のマイクロフォン２Ａ〜２Ｄは、矩形の表示画面１ａの中心Ｑにおいて直交するとともに、表示画面１ａに平行な平面、つまり表示画面１ａに対向する同一平面に存在する２本の直線Ｌ，Ｍ上に、それぞれ対をなして配置されている。すなわち第１及び第３のマイクロフォン２Ａ，２Ｃが、表示画面１ａの長辺に平行する一方の直線Ｌ上に対をなして配置されており、また第２及び第４のマイクロフォン２Ｂ，２Ｄが、表示画面１ａの短辺に平行する他方の直線Ｍ上に対をなして配置されている。

そして、第１〜第４のマイクロフォン２Ａ〜２Ｄは、図２（ｂ）に例示した表示画面１ａの任意の指示位置Ｐで生じた指示音を異なる位置で個別に検出し、アナログの音響信号として増幅器３へそれぞれ出力する。

第１〜第４のマイクロフォン２Ａ〜２Ｄが検出する指示音は、例えば図１に示した所定のスタイラスペン１００が発する指示音や、ペン型の任意の指示具の先端や、指先等が当接したとき表示画面１ａの表面において生じる音である。つまり第１〜第４のマイクロフォン２Ａ〜２Ｄが検出する指示音は、指示者が表示画面１ａの任意の位置を指示した際に表示画面１ａ、若しくは表示画面１ａの近傍で発生する音である。

なお、スタイラスペン１００は、例えば表示画面１ａに当接したことを検知するセンサやスイッチと、表示画面１ａに当接する先端部側に設けられ、先端部が表示画面１ａに当接したことを検知した時点で、指示音として周期的な発信音を発する小型のスピーカーやブザー等の放音手段とを含むものである。

増幅器３は、第１〜第４のマイクロフォン２Ａ〜２Ｄが出力したアナログの音響信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換器４は、増幅器３による増幅後の音響信号をデジタル信号に変換する。

位置取得部５は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）と、入出力インターフェイス等の周辺回路と、所定のプログラムが記憶されたメモリ、及び作業用のメモリとを含むマイクロコンピュータにより構成され、本発明の取得手段、及び位置情報取得手段として機能する。そして、位置取得部５は、Ａ／Ｄ変換器４によってデジタル信号に変換された後の第１〜第４のマイクロフォン２Ａ〜２Ｄの出力信号（音響信号）から、第１〜第４のマイクロフォン２Ａ〜２Ｄにより検出された指示音の発生源を示す指示位置情報を双曲線法を用いた後述する手順によって取得し、取得した指示位置情報を他の装置に供給する。

位置取得部５が取得する指示位置情報は、図３に示したように、表示画面１ａの特定の角（図３で左下の角）を原点Ｏ（０，０）とするＸＹ座標系の座標位置（ｘ，ｙ）である。なお、位置取得部５が指示位置情報を供給する対象は任意であるが、例えばＬＣＭ１が表示する情報（文字や画像）を制御するパーソナルコンピュータである。

次に、位置取得部５における座標位置（ｘ，ｙ）の取得手順について説明する。位置取得部５は、第１〜第４のマイクロフォン２Ａ〜２Ｄにおける出力信号における音圧レベルの変化を周期的に取得する（定常的に取得してもよい）。

図４（ａ）は、指示音が検出されたときの第１〜第４のマイクロフォン２Ａ〜２Ｄの出力信号における音圧レベルの変化を示した便宜的に示した図であり、横軸が時間、縦軸が音圧レベルである。また、音圧レベルは、予め想定されている指示音に応じた出力信号の特定の周波数帯域における音圧レベルである。

そして、位置取得部５は、図４（ａ）に示したように、第１〜第４のマイクロフォン２Ａ〜２Ｄの各々における音圧レベルに僅かな時間差でピークが表れたとき、つまり指示音を検出したとき、先に説明した互いに対をなすマイクロフォン間における指示音の到達時間差を取得する。つまり第１及び第３のマイクロフォン２Ａ，２Ｃにおける指示音の到達時間差ｔ_ACと、第２及び第４のマイクロフォン２Ｂ，２Ｄにおける指示音の到達時間差ｔ_BDとを取得する。

具体的に説明すると、位置取得部５は、任意の時点からの経過時間をカウントしており、第１及び第３のマイクロフォン２Ａ，２Ｃ側の到達時間差ｔ_ACを、第３のマイクロフォン２Ｃが指示音を検出した時点（音圧レベルにピークが表れた時点）の経過時間から、第１のマイクロフォン２Ａが指示音を検出した時点の経過時間を減算することにより取得する。

したがって、第１及び第３のマイクロフォン２Ａ，２Ｃ側の到達時間差ｔ_ACは、指示音の発信源（指示位置Ｐ）が、図３に例示したように第３のマイクロフォン２Ｃよりも第１のマイクロフォン２Ａに近いときには正の値となり、逆に第１のマイクロフォン２Ａよりも第３のマイクロフォン２Ｃに近いときには負の値となる。

また、位置取得部５は、第２及び第４のマイクロフォン２Ｂ，２Ｄ側の到達時間差ｔ_BDを、第４のマイクロフォン２Ｄが指示音を検出した時点の経過時間から、第２のマイクロフォン２Ｂが指示音を検出した時点の経過時間を減算することにより取得する。

したがって、第２及び第４のマイクロフォン２Ｂ，２Ｄ側の到達時間差ｔ_BDは、指示音の発信源（指示位置Ｐ）が、図３に例示したように第４のマイクロフォン２Ｄよりも第２のマイクロフォン２Ｂに近いときには正の値となり、逆に第２のマイクロフォン２Ｂよりも第４のマイクロフォン２Ｄに近いときには負の値となる。

ここで、第１及び第３のマイクロフォン２Ａ，２Ｃ側の到達時間差ｔ_ACは、各々における指示位置Ｐまでの距離差を表し、同様に、第２及び第４のマイクロフォン２Ｂ，２Ｄ側の到達時間差ｔ_BDは、各々における指示位置Ｐまでの距離差を表す。すなわち一組のマイクロフォン間の指示音の到達時間差（ｔ_AC，ｔ_BD）に音速を乗じた値の絶対値が一組のマイクロフォン間における指示位置Ｐまでの距離差となる。

第１及び第３のマイクロフォン２Ａ，２Ｃからの距離の差が一定である点は、双方のマイクロフォン２Ａ，２Ｃを焦点とする双曲線上に存在し、同様に第２及び第４のマイクロフォン２Ｂ，２Ｄからの距離の差が一定である点は、双方のマイクロフォン２Ａ，２Ｃを焦点とする双曲線上に存在する。

このため、図４（ｂ）に示したように、第１及び第３のマイクロフォン２Ａ，２Ｃを焦点とする双曲線１０１，１０２のうちで指示位置Ｐに近い側の双曲線（以下、第１の双曲線という。）１０１と、第２及び第４のマイクロフォン２Ｂ，２Ｄを焦点とする双曲線２０１，２０２のうちで指示位置Ｐに近い側の他方の双曲線（以下、第２の双曲線という。）２０１との交点が指示位置Ｐとなる。なお、図４（ｂ）に示した一方の双曲線１０１，１０２と他方の双曲線２０１，２０２は便宜的に示したものに過ぎず、双曲線の形状や位置関係は実際のものとは異なる。

ＸＹ座標系において２つの焦点がｘ軸上に存在する双曲線は、双方の焦点から双曲線上の点までの距離差を２ａとし、双方の焦点間の距離を２ｃとすると、次式（１）によって表される。

一方、第１及び第３のマイクロフォン２Ａ，２Ｃ間の距離（Ｌ_X）は既知であるため、上記の式（１）から、第１及び第３のマイクロフォン２Ａ，２Ｃを焦点とする双曲線１０１，１０２は、指示位置Ｐまでの距離差を２ａ_xとすれば、次式（２）により表すことができる。

同様に、第２及び第４のマイクロフォン２Ｂ，２Ｄ間の距離（Ｌ_y）は既知であるため、上記の式（１）から、第２及び第４のマイクロフォン２Ｂ，２Ｄを焦点とする双曲線２０１，２０２は、指示位置Ｐまでの距離差を２ａ_yとすれば、次式（３）により表すことができる。

したがって、指示音の発信源である指示位置Ｐのｘ軸上の位置（ｘ）とｙ軸上の位置（ｙ）とは、それぞれ下記の式（４）、式（５）を計算すれば求めることができる。

また、上記式（４）においては、ａ_xが正の値つまり到達時間差ｔ_ACが正の値のときには、右辺第１項の値が（Ｌ_x／２）よりも小さくなるため、計算結果として図４（ｂ）に示した第１のマイクロフォン２Ａに近い第１の双曲線１０１上の位置（ｘ）を得ることができる。逆に、ａ_xが負の値つまり到達時間差ｔ_ACが負の値のときには、右辺第１項の値が（Ｌ_x／２）よりも大きくなるため、計算結果として図４（ｂ）に示した第３のマイクロフォン２Ｃに近い双曲線１０２上の位置（ｘ）を得ることができる。

同様に、上記式（５）においても、ａ_yが正の値つまり到達時間差ｔ_BDが正の値のときには、右辺第１項の値が（Ｌ_y／２）よりも小さくなるため、計算結果として図４（ｂ）に示した第２のマイクロフォン２Ｂに近い第２の双曲線２０１上の位置（ｙ）を得ることができる。逆に、ａ_yが負の値つまり到達時間差ｔ_BDが負の値のときには、右辺第１項の値が（Ｌ_y／２）よりも大きくなるため、計算結果として図４（ｂ）に示した第４のマイクロフォン２Ｄに近い双曲線２０２上の位置（ｙ）を得ることができる。

したがって位置取得部５は、先に述べたように一組のマイクロフォン間の指示音の到達時間差（ｔ_AC，ｔ_BD）を取得した後には、式（４）、式（５）を計算することによって、図４（ｂ）に示したような、第１及び第３のマイクロフォン２Ａ，２Ｃを焦点とする第１の双曲線１０１と、第２及び第４のマイクロフォン２Ｂ，２Ｄを焦点とする第２の双曲線１０２との交点の座標位置（ｘ，ｙ）を取得する。つまり任意の指示位置Ｐの座標位置（ｘ，ｙ）を取得する。そして、位置取得部５は、取得した座標位置（ｘ，ｙ）を指示位置情報として他の装置に供給する。

以上説明したように本実施形態の指示位置検出装置においては、ＬＣＭ１の表示画面１ａの任意の位置がスタイラスペン１００等によって指示されたとき、指示位置Ｐにおいて生じる指示音を第１〜第４のマイクロフォン２Ａ〜２Ｄによって検出し、互いに対をなすマイクロフォン間における指示音の到達時間差に基づいて指示位置Ｐを特定する。したがって、表示画面１ａを他の部材で覆う必要がないことから、ＬＣＭ１の表示特性を低下させることなく表示画面１ａにおける指示位置を検出することができる。

なお、本発明の実施に際しては、本実施形態で説明した指示位置検出装置の構成等を以下のように変更することができる。

例えば、第１〜第４のマイクロフォン２Ａ〜２Ｄのうち互いに対をなすものがそれぞれ配置された直交する２本の直線Ｌ，Ｍは、必ずしも同一平面に存在するものでなくともよく、２本の直線Ｌ，Ｍは、互いに平行する異なる平面に存在するものでも構わない。さらに、２本の直線Ｌ，Ｍは、互いに平行していない異なる平面に存在するものでも構わない。

また、２本の直線Ｌ，Ｍは、本実施形態のように直交するものである方が指示位置Ｐの座標位置（ｘ，ｙ）の計算には都合がよいが、少なくとも表示画面１ａに投影したとき表示画面１ａ内において交差するものであればよい。

また、第１〜第４のマイクロフォン２Ａ〜２Ｄは、図５に示したように、表示画面１ａの各々の角部に配置してもよい。つまり第１〜第４のマイクロフォン２Ａ〜２Ｄは、表示画面１ａの一方の対角線を含む直線Ｌ１上と他方の対角線を含む直線Ｍ１上とにそれぞれ対をなして配置してもよい。

また、ＬＣＭ１における第１〜第４のマイクロフォン２Ａ〜２Ｄの設置箇所は、指示者が表示画面１ａの任意の位置を指示した際に表示画面１ａ、若しくは表示画面１ａの近傍で発生する指示音が検知できれば適宜変更することができる。つまり第１〜第４のマイクロフォン２Ａ〜２Ｄは互いに離間していればよく、表示画面１ａの外周部分の任意の位置に配置することができる。

また、本実施形態では、第１及び第３のマイクロフォン２Ａ，２Ｃを焦点とする双曲線（第１の双曲線１０１）と、第２及び第４のマイクロフォン２Ｂ，２Ｄを焦点とする双曲線（第２の双曲線１０２）との異なる２つの双曲線の交点を表示画面１ａにおける指示位置として検出した。

しかし、交点（指示位置Ｐ）の座標位置（ｘ，ｙ）の計算対象とする異なる２つの双曲線は、例えば図６に示したように、第１及び第４のマイクロフォン２Ａ，２Ｄを焦点とする双曲線３０１，３０２と、第２及び第３のマイクロフォン２Ｂ，２Ｃを焦点とする双曲線４０１，４０２とであっても構わない。つまり双曲線の計算対象となる一組のマイクロフォンの組合せは適宜変更することができ、例えば第１及び第４のマイクロフォン２Ａ，２Ｄにおける指示音の到達時間差と、第２及び第３のマイクロフォン２Ｂ，２Ｃにおける指示音の到達時間差とに基づいて指示位置Ｐを特定するようにしてもよい。なお、図６に示した一方の双曲線３０１，３０２と他方の双曲線４０１，４０２は、図４（ｂ）に示したものと同様に便宜的に示したものに過ぎず、双曲線の形状や位置関係は実際のものとは異なる。

また、双曲線の計算対象となる一組のマイクロフォンの組合せは、図５に示したように第１〜第４のマイクロフォン２Ａ〜２Ｄを表示画面１ａの各々の角部に配置する場合においても同様であり、任意の組合せを採用することができる。

また、位置取得部５には、本発明における制御手段、及び補正手段としての機能を付加することにより、指示音を検出したとき本実施形態とは異なる以下の処理によって任意の指示位置Ｐの座標位置（ｘ，ｙ）を取得させてもよい。

例えば位置取得部５に、本実施形態で説明した手順によって、図４（ｂ）に示した異なる２つの双曲線の交点（指示位置Ｐ）の座標位置（ｘ，ｙ）を演算し、演算結果を第１の指示位置情報として取得する処理を行わせる。次に、位置取得部５に、双曲線の計算対象となる一組のマイクロフォンの組合せを例えば図６に示した他の組合せに変更した上で、本実施形態と同様の原理に従い、異なる２つの双曲線の交点（指示位置Ｐ）の座標位置（ｘ，ｙ）を演算させる。つまり位置取得部５に、第１及び第４のマイクロフォン２Ａ，２Ｄにおける指示音の到達時間差と、第２及び第３のマイクロフォン２Ｂ，２Ｃにおける指示音の到達時間差とに基づき、異なる２つの双曲線の交点（指示位置Ｐ）の座標位置（ｘ，ｙ）を演算し、演算結果を第２の指示位置情報として取得する処理を行わせる。

その後、位置取得部５に、第１の指示位置情報におけるｘ座標と、第２の指示位置情報におけるｘ座標との中間に位置する点のｘ座標を計算し、計算結果を補正後のｘ座標として取得させる。同時に、位置取得部５に、第１の指示位置情報におけるｙ座標と、第２の指示位置情報におけるｙ座標との中間に位置する点のｙ座標を計算し、計算結果を補正後のｙ座標として取得させる。言い換えると、位置取得部５に、第１の指示位置情報を第２の指示位置情報によって補正し、補正後のｘ座標と補正後のｙ座標とを第３の指示位置情報として取得する処理を行わせる。そして、位置取得部５に、第３の指示位置情報として取得した補正後の座標位置（ｘ，ｙ）を最終的な指示位置情報として他の装置に供給させる。

上記のように、双曲線の計算対象となる一組のマイクロフォンの組合せを換えて第１の指示位置情報と第２の指示位置情報とを取得し、取得した第１の指示位置情報を第２の指示位置情報によって補正することにより、最終的な指示位置情報（第３の指示位置情報）を取得するようにすれば、表示画面１ａにおける指示位置の検出精度を上げることができる。

また、本実施形態においては、４つのマイクロフォンを用いて指示位置の検出を行う構成について説明したが、表示画面１ａの外周部に設けるマイクロフォンの数は３つでもよい。３つのマイクロフォンを用いて指示位置の検出を行う場合には、例えば双曲線の計算対象となる二組のマイクロフォン対を、第１のマイクロフォンと第２のマイクロフォンとからなる第１の組と、第１のマイクロフォンと第３のマイクロフォンとからなる第２の組とによって構成すればよい。

また、本実施形態においては、表示画面１ａにおける任意の指示位置を示す指示位置情報として、ＸＹ座標系の座標位置（ｘ，ｙ）を取得するものについて説明した。しかし、本発明の実施に際しては、表示画面１ａの外周部に互いに離間する一組のマイクロフォンのみを配置し、任意の指示位置を示す指示位置情報として、一組のマイクロフォンを焦点とする双曲線の情報に基づき判断可能な、表示画面１ａにおける任意の指示位置の概略位置を示す情報を取得するようにしてもよい。

一組のマイクロフォンを焦点とする双曲線の情報に基づき判断可能な概略位置を示す情報としては、例えば任意の指示位置が表示画面１ａの上半分の領域と下半分の領域とのいずれの領域にあるのかを示す情報や、任意の指示位置が表示画面１ａの左半分の領域と右半分の領域とのいずれの領域にあるのかを示す情報である。

また、一組のマイクロフォンを焦点とする双曲線の情報に基づき判断可能な概略位置を示す情報としては、例えば表示画面１ａを縦横方向の複数ブロックに分割したとき、任意の指示位置が存在する可能性がある特定のブロック（複数のブロック）を示す情報である。

また、本実施形態で説明した位置取得部５は、例えばＬＣＭ１を備えた任意の装置を構成するものであってもよく、任意の装置（パーソナルコンピュータを含む）が有するマイクロコンピュータ等によって実現しても構わない。

また、第１〜第４のマイクロフォン２Ａ〜２Ｄが検出する指示音は、可聴範囲の周波数帯域に特性を有するものであってもよいし、非可聴範囲の周波数帯域に特性を有するものであってもよい。

また、本実施形態においては、ＬＣＭ１の表示画面における任意の指示位置を検出する指示位置検出装置について説明したが、本発明は、ＬＣＭ１以外にもＣＲＴ等の他の表示機器が有する表示画面における任意の指示位置の検出にも使用することができる。

（実施形態２）
図７は、本発明に係る指示位置検出装置の第２の実施形態を示す概略構成図である。本実施形態の形態は、表示画面が保護カバー６０によって保護されたＬＣＭ５１に、本発明に係る指示位置検出装置を適用する場合の一例に関するものである。

図７に示したように、ＬＣＭ５１は透過型であって、液晶パネル５２と、液晶パネル５２の表面側と裏面側とにそれぞれ貼着された偏光板１４，１５と、裏側の偏光板１５の貼着された輝度向上フィルム５３とから構成されており、表面側の偏光板１４の表面が保護カバー６０によって覆われている。

図７には示さないが、液晶パネル５２は、第１の実施形態で説明した２枚の透明なガラス基板１１，１２と、双方のガラス基板１１，１２間に設けられた液晶１３、画素電極１６、ＴＦＴ１７、カラーフィルタ１８、コモン電極１９から構成されている。

輝度向上フィルム５３は、例えばアクリル樹脂を積層したＰＥＴ（Poly Ethylene Terephtalate）フィルム等であり、図示しない導光板やバックライトからなる面光源が発する光を集光することにより、液晶パネル５２の輝度を向上させる。

液晶パネル５２の表面側に貼着された偏光板１４は、例えば図８（ａ）〜（ｃ）に示した構造を有するものである。偏光板１４は、例えば図８（ａ）に示したように、偏光性能を付与したＰＶＡ（Poly Vinyl Alcohol）フィルム１４１の上下にＴＡＣ（Tri Acetyl Cellulose）フィルム１４２，１４２を貼着して補強した３層構造を有し、透明接着剤１４５によって液晶パネル５２及び保護カバー６０と接着する構造である。また、偏光板１４は、例えば図８（ｂ）に示したように、偏光性能を付与したＰＶＡフィルム１４１の裏面をＴＡＣフィルム１４２を貼着して補強した２層構造を有し、透明接着剤１４５によって晶パネル５２及び保護カバー６０と接着する構造である。また、偏光板１４は、例えば図８（ｃ）に示したように、位相差板１４３に、偏光性能を付与したＰＶＡフィルム１４１、補強用のＴＡＣフィルム１４２を順に貼着した３層構造を有し、透明接着剤１４５によって液晶パネル５２及び保護カバー６０と接着する構造である。

保護カバー６０は、例えばガラス製やプラスチック製の透明な板材であり、表面側の偏光板１４に貼着されている。また、保護カバー６０は、ＬＣＭ５１が設けられる任意の装置の本体やハウジングに固着されるものであり、表面側の偏光板１４よりも大きな面積を有している。

そして、本実施形態においては、表面側の偏光板１４の周縁よりも外側に位置する保護カバー６０の周縁部６０ａの裏面に、図７に示した第１及び第３のマイクロフォン２Ａ，２Ｃと、図７に表れない第２及び第４のマイクロフォンとからなる４つのマイクロフォンが固着されている。

４つのマイクロフォンの平面上の位置は、第１の実施形態と同様に、ＬＣＭ５１の表示画面（表面側の偏光板１４の表面）の各辺の中央である（図２（ａ）参照）。但し、４つのマイクロフォンは、ＬＣＭ５１の表示画面（表面側の偏光板１４の表面）の裏面側に対向する同一平面に存在する２本の直線上に、それぞれ対をなして配置されている。

また、本実施形態においても、第１及び第３のマイクロフォン２Ａ，２Ｃを含む４つのマイクロフォンと、４つのマイクロフォンが接続された増幅器３と、Ａ／Ｄ変換器４と、位置取得部５とによって指示位置検出装置が構成されている。なお、増幅器３とＡ／Ｄ変換器４と位置取得部５とは、第１の実施形態と同一の構成、及び機能を有するものである。

以上の構成からなる本実施形態においては、ＬＣＭ５１の表示画面の任意の位置がスタイラスペン等の指示具や指先によって指示されたときには、保護カバー６０の周縁部６０ａの裏面に設けられた４つのマイクロフォンが指示音を検出する。そして、位置取得部５が、第１の実施形態と同様の方法によって、指示音の発生源を示す指示位置情報である座標位置（ｘ，ｙ）を演算する。よって、ＬＣＭ５１の表示画面を電極格子が設けられたフィルムで覆う必要がなく、ＬＣＭ５１の表示特性を低下させることなく表示画面における指示位置を検出することができる。

なお、本実施形態のように、４つのマイクロフォンを保護カバー６０の周縁部６０ａの裏面に設ける場合であっても、４つのマイクロフォンは、第１の実施形態と同様に、ＬＣＭ５１の表示画面の外周部分の任意の位置に配置することができる。例えば４つのマイクロフォンは、表示画面の各々の角部に配置してもよい（図５参照）。また、４つのマイクロフォンは必ずしも同一平面に配置しなくともよい。

また、本実施形態のように、４つのマイクロフォンを保護カバー６０の周縁部６０ａの裏面に設ける場合であっても、位置取得部５が指示音の発生源を示す座標位置（ｘ，ｙ）を演算する際の具体的な演算方法には、第１の実施形態で既説した種々の演算方法を採用することができる。さらに、位置取得部５には、指示音の発生源を示す指示位置情報として、第１の実施形態で述べた概略位置を取得させてもよい。

また、保護カバー６０の周縁部６０ａの裏面に設けるマイクロフォンの数は３つでもよい。

一方、本実施形態に示したＬＣＭ５１においては、保護カバー６０によって、スタイラスペン等の指示具や指先による衝撃から液晶パネル５２が保護されている。そのため、液晶パネル５２を構成するガラス基板には、厚さが０．７ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の薄いものを使用することができる。また、保護カバー６０には０．２０ｍｍ程度の厚さを確保すれば、ＬＣＭ５１を保護することができる。したがって、例えば偏光板１４，１５の厚さが０．１７ｍｍ、輝度向上フィルム５３が０．０６ｍｍである場合には、保護カバー６０とＬＣＭ５１とにおける全体の厚さは２．０ｍｍ〜１．６０ｍｍ程度とすることができる。

１ ＬＣＭ
１ａ 表示画面
２Ａ 第１のマイクロフォン
２Ｂ 第２のマイクロフォン
２Ｃ 第３のマイクロフォン
２Ｄ 第４のマイクロフォン
３ 増幅器
４ Ａ／Ｄ変換器
５ 位置取得部
２０ フレームカバー
２０ａ 表示窓
１０１ 双曲線（第１の双曲線）
１０２ 双曲線
２０１ 双曲線（第２の双曲線）
２０２ 双曲線
Ｌ 直線
Ｍ 直線
Ｐ 指示位置

Claims (10)

1. 表示画面における指示位置を検出する指示位置検出装置であって、
   前記表示画面の外周部に互いに離間して配置された複数のマイクロフォンと、
   前記複数のマイクロフォンにより構成される各々が二つのマイクロフォンからなる二組のマイクロフォン毎に、前記表示画面における任意の位置の指示に際して生じた指示音の前記各組の二つのマイクロフォンの各々への到達時間差を取得する取得手段と、
   前記取得手段により取得された二組のマイクロフォンの一方側の到達時間差、及び他方側の到達時間差に基づいて前記指示位置を示す指示位置情報を取得する位置情報取得手段と、
   前記取得手段に、各組の二つのマイクロフォンの組合せを第１の組合せとした二組のマイクロフォンについて、前記指示音の各マイクロフォンへの到達時間差をそれぞれ取得させるとともに、前記位置情報取得手段に、前記取得手段により取得された、各組の二つのマイクロフォンの組合せが第１の組合せである二組のマイクロフォンの一方側の到達時間差、及び他方側の到達時間差に基づいて前記指示位置を示す第１の指示位置情報を取得させる一方、前記取得手段に、各組の二つのマイクロフォンの組合せを前記第１の組合せと異なる第２の組合せとした二組のマイクロフォンについて、前記指示音の各マイクロフォンへの到達時間差をそれぞれ取得させるとともに、前記位置情報取得手段に、取得手段により取得された、各組の二つのマイクロフォンの組合せが第２の組合せである二組のマイクロフォンの一方側の到達時間差、及び他方側の到達時間差に基づいて前記指示位置を示す第２の指示位置情報を取得させる制御手段と、
   前記制御手段が前記位置情報取得手段に取得させた第１の指示位置情報におけるＸ座標及びＹ座標と、前記制御手段が前記位置情報取得手段に取得させた第２の指示位置情報におけるＸ座標及びＹ座標との中間に位置する点のＸ座標及びＹ座標を第３の指示位置情報として取得し、当該第３の指示位置情報を、前記指示位置を示す最終的な指示位置情報として取得する補正手段と
   を備えたことを特徴とする指示位置検出装置。
2. 前記各組の二つのマイクロフォンは、前記表示画面の外周部に前記表示画面を挟むように配置されたことを特徴とする請求項１記載の指示位置検出装置。
3. 前記位置情報取得手段は、取得手段により取得された一方側の到達時間差、及び他方側の到達時間差に基づき双曲線法を用いて位置情報を取得することを特徴とする請求項１又は２記載の指示位置検出装置。
4. 前記位置情報取得手段は、一方側の到達時間差により表される一方側の一組のマイクロフォンにおける指示音の音源までの距離差によって特定される一方側の一組のマイクロフォンをそれぞれ焦点とする第１の双曲線と、他方側の到達時間差により表される他方側の一組のマイクロフォンにおける指示音の音源までの距離差によって特定される他方側の一組のマイクロフォンをそれぞれ焦点とする第２の双曲線との交点に対応する前記表示画面上の位置を指示位置とし、当該指示位置を示す位置情報を取得することを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の指示位置検出装置。
5. 前記二組のマイクロフォンのうちの一方側の一組のマイクロフォンと他方側の一組のマイクロフォンとは、直交する２つの直線の一方側の直線上と他方側の直線上とにそれぞれ組をなして配置されたことを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の指示位置検出装置。
6. 前記２つの直線は、前記表示画面の中心において直交することを特徴とする請求項５記載の指示位置検出装置。
7. 前記表示画面は矩形であり、
   前記二組のマイクロフォンのうちの一方側の一組のマイクロフォンと他方側の一組のマイクロフォンとは、前記表示画面の一方の対角線を含む一方の直線上と他方の対角線を含む他方の直線上とにそれぞれ組をなして配置されたことを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の指示位置検出装置。
8. 前記一方側の一組のマイクロフォンと前記他方側の一組のマイクロフォンとは、前記表示画面に平行な同一平面上に配置されたことを特徴とする請求項１乃至７いずれか記載の指示位置検出装置。
9. 表示画面における指示位置を前記表示画面の外周部に互いに離間して配置された複数のマイクロフォンを用いて検出する指示位置検出方法であって、
   前記複数のマイクロフォンにより構成される各々が二つのマイクロフォンからなる二組のマイクロフォン毎に、前記表示画面における任意の位置の指示に際して生じた指示音の前記各組の二つのマイクロフォンの各々への前記指示音の到達時間差を取得する第１工程と、
   二組のマイクロフォンの一方側の到達時間差、及び他方側の到達時間差に基づいて前記指示位置を特定する第２工程と、を含み、
   前記第１工程において、各組の二つのマイクロフォンの組合せを第１の組合せとした二組のマイクロフォンについて、前記指示音の各マイクロフォンへの到達時間差をそれぞれ取得するとともに、前記第２工程において、前記第１工程で取得した、各組の二つのマイクロフォンの組合せが第１の組合せである二組のマイクロフォンの一方側の到達時間差、及び他方側の到達時間差に基づいて前記指示位置を示す第１の指示位置情報を取得し、
   前記第１工程において、各組の二つのマイクロフォンの組合せを前記第１の組合せと異なる第２の組合せとした二組のマイクロフォンについて、前記指示音の各マイクロフォンへの到達時間差をそれぞれ取得するとともに、前記第２工程において、前記第１工程で取得した、各組の二つのマイクロフォンの組合せが第２の組合せである二組のマイクロフォンの一方側の到達時間差、及び他方側の到達時間差に基づいて前記指示位置を示す第２の指示位置情報を取得し、さらに、
   前記第２工程において取得した第１の指示位置情報におけるＸ座標及びＹ座標と、前記第２工程において取得した第２の指示位置情報におけるＸ座標及びＹ座標との中間に位置する点のＸ座標及びＹ座標を第３の指示位置情報として取得し、当該第３の指示位置情報を、前記指示位置を示す最終的な指示位置情報として取得する第３工程
   を含むことを特徴とする指示位置検出方法。
10. 表示画面における指示位置を前記表示画面の外周部に互いに離間して配置された複数のマイクロフォンを用いて検出するプログラムであって、
    コンピュータに、
    前記複数のマイクロフォンにより構成される各々が二つのマイクロフォンからなる二組のマイクロフォン毎に、表示画面における任意の位置の指示に際して生じた指示音の前記各組の二つのマイクロフォンの各々への前記指示音の到達時間差を取得する第１処理と、
    二組のマイクロフォンの一方側の到達時間差、及び他方側の到達時間差に基づいて前記指示位置を特定する第２処理と、を実行させ、
    前記第１処理において、各組の二つのマイクロフォンの組合せを第１の組合せとした二組のマイクロフォンについて、前記指示音の各マイクロフォンへの到達時間差をそれぞれ取得させるとともに、前記第２処理において、前記第１処理で取得した、各組の二つのマイクロフォンの組合せが第１の組合せである二組のマイクロフォンの一方側の到達時間差、及び他方側の到達時間差に基づいて前記指示位置を示す第１の指示位置情報を取得させ、
    前記第１処理において、各組の二つのマイクロフォンの組合せを前記第１の組合せと異なる第２の組合せとした二組のマイクロフォンについて、前記指示音の各マイクロフォンへの到達時間差をそれぞれ取得させるとともに、前記第２処理において、前記第１処理で取得した、各組の二つのマイクロフォンの組合せが第２の組合せである二組のマイクロフォンの一方側の到達時間差、及び他方側の到達時間差に基づいて前記指示位置を示す第２の指示位置情報を取得させ、さらに、 前記第２処理において取得させた第１の指示位置情報におけるＸ座標及びＹ座標と、前記第２処理において取得させた第２の指示位置情報におけるＸ座標及びＹ座標との中間に位置する点のＸ座標及びＹ座標を第３の指示位置情報として取得させ、当該第３の指示位置情報を、前記指示位置を示す最終的な指示位置情報として取得させる第３処理
    を実行させることを特徴とするプログラム。

Images