JP5087792B2 - 位置検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、位置検出装置に適用して好適な技術に関する。
より詳細には、透過性を損なうことなく表示機能を付加した新規な位置検出装置の技術に関する。

コンピュータに位置情報を与える入力装置には、様々なものがある。その中で、例えば、タッチパネルと呼ばれる、位置情報入力装置がある。
タッチパネルは、例えば、液晶表示装置の表示エリアに指示位置を検出する位置検出装置を重ね合わせたもので、指や専用のペン等の位置指示器で表示画面に触れることで、コンピュータ等の操作を行なう入力装置である。指やペンが触れた位置を検知して画面上の位置を指定し、コンピュータに指示を与えるものである。
このタッチパネルは、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）や銀行のＡＴＭ（Automated Teller Machine）、駅の券売機等で広く利用されている。

このタッチパネルに採用される位置情報検出技術には、様々なものがある。例えば、圧力の変化で位置検出を行う抵抗膜方式や検出平面の表面の膜の静電容量の変化で位置検出を行う静電容量方式等がある。

なお、本出願人の発明に係る従来技術を、特許文献１に示す。

特開平１０−０２０９９２号公報

前述のタッチパネルに組み合わせられる位置検出装置は、特に指で指示した位置を検出する場合は、静電容量方式が採用されることが多い。静電容量方式の位置検出装置を表示装置に組み込む際には、表示装置の上に位置検出装置を重ね合わせることとなる。

近年、新しい表示装置の一形態として、電子ペーパーと呼ばれる表示装置が注目されている。この電子ペーパーは、帯電した着色粉体に電圧を印加することで、白黒等の濃淡や色を表示するものである。この電子ペーパーは、広く表示装置として使用されている液晶表示装置等に比べて消費電力が少なく、大幅な薄型化を実現できるので、静止画像やテキスト等を表示する用途を中心に普及しつつある。

ところで、かかる特徴を有する電子ペーパーにさらなる機能を追加したい、という要望がある。例えば、この電子ペーパーを通常の紙のように、メモを書いたり印や付箋を付けられるようにする、というものである。そこで、この電子ペーパーに、従来のタッチパネル装置と同様に、例えば、静電容量方式の位置検出装置を重ね合わせることで、かかる機能を付加することが考えられる。

ところが、静電容量方式等の位置検出装置を表示装置に搭載する場合には、その表示エリアに位置検出装置を重ねて合わせるので、表示エリアには複数の透明な部材を重ね合わさることになる。その結果、表示エリアの透過性が悪化する、という問題が発生する。さらに、複数の部材を重ね合わせているので、かかる機能を搭載しない表示装置よりも厚みが増してしまい、電子ペーパーの特徴である薄さを損なってしまうという問題も発生する。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、透過性や薄さを損なうことなく表示機能を搭載した位置検出装置を提供することをである。

上記課題を解決するために、本発明の位置検出装置は、第一の電極と、第二の電極と、第一の電極と第二の電極との間に介在配置された表示材料を備え、第一の電極と第二の電極との間への駆動電源の供給が停止した後も表示材料が表示状態を保持可能な表示部を備える。さらに、入力信号の供給に対応して表示部の表示駆動を行う表示駆動部と、この表示部が備える第一の電極を指示体による指示位置に共用して指示体による指示位置を検出する位置検出部と、入力信号の供給及び指示体の位置指示のそれぞれの有無に基づいて表示駆動部と位置検出部とを時分割動作させる際の駆動時間を制御する制御部とを備えている。

本発明により、透過性を損なうことなく位置検出装置を搭載した表示装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態例について、図１〜図１２を参照して説明する。

まず、本発明の実施形態例である位置検出装置の動作原理を図１及び図２を参照して、表示部である電子ペーパーの動作原理を図３及び図４を参照して、それぞれ簡単に説明する。

図１（ａ）は位置検出装置１０１の動作原理を説明する模式図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の等価回路図である。位置検出装置１０１は、透明導電膜である電極膜１０２、接点１０４ａ〜１０４ｄ、配線１０５ａ、１０５ｂ、交流電圧源１０６、電流電圧変換回路１０８等を備えて構成される。
電極膜１０２は、例えば、酸化インジウムスズ（Indium Tin Oxide）よりなるＩＴＯ膜や、酸化錫にアンチモンを添加したＡＴＯ膜、酸化亜鉛にアルミニウムを添加したＡＺＯ膜などの透明導電性材料の膜である。この電極膜１０２の表面には図示しない薄い絶縁膜が貼付され、この絶縁膜を介して電極膜１０２の上を指１０３で触れるようになっている。そして、この電極膜１０２の四隅に接点１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ及び１０４ｄが設けられている。この接点１０４ａと１０４ｂ、接点１０４ｃと１０４ｄ同士はそれぞれ配線１０５ａ及び１０５ｂによって接続されている。
この配線１０５ａは交流電圧源１０６に、配線１０５ｂはオペアンプ１０７ａと抵抗Ｒ１０８ｂとからなる電流電圧変換回路１０８にそれぞれ接続されている。

人体１０９は数ｐＦのコンデンサと等価であるとみなすことができるので、この図１（ｂ）中では、この等価なコンデンサを人体コンデンサＣ１１０として表している。一方、オペアンプ１０７ａと抵抗Ｒ１０７ｂからなる電流電圧変換回路１０８の入力端子は、周知のイマジナルショート現象により等価的に導通しているとみなすことができる。そのため、交流電圧源１０６から発される交流電流は、電極膜１０２が形成する電極膜抵抗Ｒ１１１へ流れる電流と、電極膜１０２の途中に接触する人体コンデンサＣ１１０へ流れる電流との二手に分かれる。

ここで、交流電圧源１０６が位置検出部１０１の配線１０５ａに接続された場合と、配線１０５ｂに接続された場合とを図２を参照して説明する。なお、図２（ａ）は位置検出装置の動作原理を説明する模式図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の等価回路である。また、図２（ｃ）は位置検出装置の動作原理を説明する模式図であり、図２（ｄ）は図２（ｃ）の等価回路である。ここで、図２（ａ）と図２（ｃ）との差異は、交流電圧源１０６とオペアンプ１０７が接続される配線が逆である点である。

図２（ｂ）及び図２（ｄ）に示した等価回路を比較すると、交流電圧源１０６から見たときの人体の指１０３が触れる位置は異なっている。このため、図２（ｂ）と図２（ｄ）とでは、電極膜１０２の抵抗Ｒ１１１と人体コンデンサＣ１１０とによって形成される合成インピーダンスが異なるので、電流電圧変換回路１０８で検出される電流が異なることになる。この電流の差を演算することで、指１０３が電極膜１０２上の左右方向の位置を検出することができるようになっている。

図２（ａ）及び（ｃ）では、電極膜１０２の左右方向について指１０３の位置を検出したが、電極膜１０２の上下方向についても同様に、指１０３の位置を検出することができる。すなわち、上下方向の位置を検出するときには、電極膜１０２の四隅の接点の上側同士、すなわち接点１０４ａと１０４ｃと、下側同士、すなわち接点１０４ｂと１０４ｄとをそれぞれ接続して、同様の処理を行う。

以上のように、透明電極膜を用いた静電方式の位置検出装置は、透明電極膜の「上」「下」「左」「右」に交流電圧を印加し、それぞれで検出した電流の差を演算することで、透明電極膜上の指の位置を検出する。

なお、人体の指１０３が電極膜１０２に接触することによって生じる影響を効果的に検出するために、位置検出装置では幾つかの技術的工夫を施している。例えば、交流電圧源１０６の周波数には、例えば、人体が最も吸収しやすいといわれる２００ｋＨｚ近辺を用いている。

次に、電子ペーパーの動作原理について、図３及び図４を参照して説明する。ここで、図３は電子ペーパーの原理を説明する模式図であり、図４は図３の等価回路である。なお、図３は電子ペーパーの模式的斜視図でもあり、図４は図３の模式的構成を真横から見たものと解釈することもできる。
電子ペーパー３０１は、マトリクス状に配置された複数の水平電圧線３０２及び垂直制御線３０５、水平選択スイッチ３０３等を備えている。水平電圧線３０２は水平選択スイッチ３０３を介して選択的に直流電圧源３０４に接続される。水平電圧線３０２と垂直制御線３０５との交点部分には、ＦＥＴ３０６が接続されている。ＦＥＴ３０６のドレインが水平電圧線３０２に、ＦＥＴ３０６のゲートが垂直制御線３０５にそれぞれ接続される。

各垂直制御線３０５は、それぞれカウンタ３０７に接続されている。各々のカウンタ３０７にはレジスタ３０８が接続されている。このレジスタ３０８に設定された計数値がカウンタ３０７に与えられると、カウンタ３０７はクロック生成器３０９から入力されるクロックを計数する。このクロックの計数値がレジスタ３０８から設定された計数値に達すると、出力を高レベル（Ｈ）から低レベル（Ｌ）に落とす。つまり、レジスタ３０８を通じてカウンタ３０７に設定された計数値は、ＦＥＴ３０６のオン時間である。
したがって、図３のカウンタ３０７は、図４の点線で囲んでいるスイッチ４０２と抵抗Ｒ４０３に相当し、スイッチのオン時間は、カウンタ３０７がＨを出力する時間に相当する。

ＦＥＴ３０６のソースには、小さな電極プレート３１０が接続されている。この電極プレート３１０に対向して、接地された電極膜１０２が設けられている。この電極プレート３１０と電極膜１０２との間には、帯電した微粒子が封入された小さなビーズ３１１が挟まれている。

このビーズ３１１内には、黒色の微粒子と白色の微粒子が封入されている。このビーズ３１１内に封入された黒色の微粒子はマイナスに帯電され、白色の微粒子はプラスに帯電されている。そして、このビーズ３１１の一方の半球側に黒色の微粒子が、他方の半球側には白色の微粒子がそれぞれ封入され、一つのビーズ３１１を構成する。
そして、かかる構成を備えたビーズ３１１に電圧を印加すると、ビーズ３１１の中に封入された微粒子の電荷によりビーズが回転する。このビーズ３１１の回転は、電圧を印加する時間によって異なる。つまり、ドット毎の白黒の濃淡を、ビーズ３１１に対する電圧印加時間で制御することができる。

なお、各ドット毎に白黒を表現するので、水平電圧線３０２に印加する電圧は、直流電圧源３０４のプラスだけでなく、マイナスも接続してビーズ３１１を回転させ、白から黒へ、黒から白へと変化させるようになっている。

以上のように、電子ペーパー３０１は、ビーズ３１１に電圧を印加した後、その電圧の印加を止めても、ビーズ３１１の向きが回転後の状態で保たれるので、表示内容が保持される。このように、電子ペーパー３０１は、一度駆動を行った後は電圧を印加し続けなくても表示状態を保持できるので、一般的な液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等と比べると、消費電力の面で優れている。

ところで、位置検出装置１０１と電子ペーパー３０１とは、それぞれ電極膜１０２を有している、という共通点がある。そこで、本発明は、この電極膜１０２を位置検出装置１０１と電子ペーパー３０１の双方で時分割にて排他的に共有するようにしている。

次に、本発明の第一の実施の形態例における位置検出装置５０１を図５に従って説明する。この図５は、位置検出装置５０１の概略ブロック図である。
位置検出装置５０１は、表示駆動部５０２と、位置検出部５０３と、マトリクスゲート５０４と、表示部５０５とから構成されている。
表示駆動部５０２は、表示部５０５を駆動するものである。表示部５０５は、例えば、ＩＴＯ膜等の透明導電膜からなる電極膜１０２と、マトリクスゲート５０４とからなり、表示駆動部５０２により表示駆動されて、外部から入力されたビデオ信号に基づき画像やテキスト等を表示する。
位置検出部５０３は、表示部５０５の電極膜１０２上を指等の指示体により指示した位置を検出する回路部である。ここで、表示駆動部５０２と位置検出部５０３とは排他的に電極膜１０２を占有するため、その排他制御は表示駆動部５０２が行う。

表示駆動部５０２は、ビデオ信号に基づく表示駆動を行う際に、位置検出部５０３に対して制御信号を出力するようになっている。この制御信号は、表示駆動を開始するときに、「これから電子ペーパーの表示駆動を行う」旨を示す、表示更新信号である。同様に、位置検出部５０３は、表示駆動部５０２に対して二種類の制御信号を出力するようになっている。この制御信号は、「指の検出処理を完了した」旨を示す、検出完了信号と、「現在電極膜上には指が存在する／しない」旨を示す指存在信号である。

マトリクスゲート５０４は、図３にて示した水平電圧線３０２と、垂直制御線３０５と、水平電圧線３０２と垂直制御線３０５との各交点に存在するＦＥＴ３０６と、電極プレート３１０とから構成される。この図５では図示はしていないが、マトリクスゲート５０４と電極膜１０２との間にはビーズ３１１が介在して設けられている。このマトリクスゲート５０４と電極膜１０２と、図示しないビーズ３１１とで、表示部５０５は構成されている。

表示駆動部５０２は、例えば、パソコン等の上位装置からビデオ信号が入力されると、マトリクスゲート５０４を通じて、マトリクスゲート５０４と電極膜１０２との間に介在しているビーズ３１１を電圧駆動する。このビデオ信号に基づく表示駆動を開始するときに、表示駆動部５０２は位置検出部５０３に対して表示更新信号を出力する。

位置検出部５０３は、電極膜１０２に「上」「下」「左」「右」に交流電圧を印加し、電流を検出することで指の存在の有無を検出し、指が存在する際にはその位置を検出する。この指の検出処理を行った後、位置検出部５０３は表示駆動部５０２に対して検出完了信号を出力する。また、位置検出部５０３は、電極膜１０２上に指１０３が存在しているか否かを、指存在信号にて出力する。

次に、図５に示した表示駆動部５０２と位置検出部５０３と表示部５０５との接続関係を図６に従って詳述する。この図６は、図５に示した位置検出装置５０１のうち電極膜１０２の周囲の構成をより詳細に説明するためのブロック図である。
電極膜１０２の四隅には、モード切替スイッチ６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃ及び６０２ｄが設けられている。このモード切替スイッチ６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃ及び６０２ｄの一方の端子は、表示駆動部５０２に接続されている。これら端子は電極膜１０２に共通の電位を与えるためのものである。このため、これら端子同士も接続されている。
モード切替スイッチ６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃ及び６０２ｄの他方の端子は、位置検出部５０３に接続されている。これら端子は、前述したように、電極膜１０２の「上」「下」「左」「右」に交流電圧を順番に印加し、電流を検出するため、位置検出部５０３に接続されている。なお、このモード切替スイッチ６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃ及び６０２ｄの切替制御は、表示駆動部５０２によって行われる。

次に、図５に示した表示駆動部５０２と位置検出部５０３とを図７及び図８に従って詳述する。ここで、図７は、表示駆動部５０２及び位置検出部５０３の内部の構成ブロックを詳細に説明するための図、図８は位置検出部５０３の詳細ブロック図である。主に図７の信号処理部７０２の内部を詳述する図である。
図７に示すように、上位装置が出力したビデオ信号は、表示駆動部５０２に入力される。このビデオ信号は、表示駆動部５０２内の信号処理部７０２でビデオデータに変換される。このビデオデータはフレーム毎に第一フレームメモリ７０３に格納される。
ここで、表示駆動部５０２は、第一フレームメモリ７０３と同一容量の第二フレームメモリ７０４を備えており、この第二フレームメモリ７０４は、表示部５０５を構成する各々のビーズ３１１の表示状態を記憶している。
差分抽出部７０５は、第一フレームメモリ７０３と第二フレームメモリ７０４との間の差分データを作成して、表示駆動制御部７０６に送る。
このマイコンよりなる表示駆動制御部７０６は、差分データに基づいてマトリクスゲート５０４の駆動制御を行う。そして、表示駆動制御部７０６は、マトリクスゲート５０４の駆動制御を行った後、その結果を第二フレームメモリ７０４に反映させる。

さらに、表示駆動制御部７０６は、位置検出部５０３との時分割制御を実現するために、位置検出部５０３内の位置算出及び制御部７１２に表示更新信号を送信すると共に、位置算出及び制御部７１２から検出完了信号及び指存在信号を受信する。
ここで、表示駆動部５０２は、位置検出部５０３が位置検出動作を実行している期間は表示駆動ができない。そこで、表示駆動制御部７０６は、表示駆動制御を行わないときには、第二フレームメモリ７０４の更新作業を停止する。これが表示駆動制御部７０６から第二フレームメモリ７０４に供給される更新制御信号である。

電極膜１０２の四隅に接続されているモード切替スイッチ６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃ及び６０２ｄは、表示更新信号と検出完了信号とが入力されるＡＮＤゲート７０７の出力信号によって切替制御が行われる。この表示更新信号と検出完了信号とが共に論理の真（Ｈ）であるときには、モード切替スイッチ６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃ及び６０２ｄは表示駆動部５０２側に接続される。

この電極膜１０２の四隅に接続されているモード切替スイッチ６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃ及び６０２ｄの端子は、それぞれ四つの入出力切替スイッチ８０２ａ、８０２ｂ、８０２ｃ及び８０２ｄに接続される。この入出力切替スイッチ８０２ａ、８０２ｂ、８０２ｃ及び８０２ｄは、交流電圧源であるサイン波生成部８０３の出力と電流電圧変換回路を構成するオペアンプ１０７の反転入力とを選択的に切り換える。
この四つの入出力切替スイッチ８０２ａ、８０２ｂ、８０２ｃ及び８０２ｄを切替制御することで、電極膜１０２の「上」「下」「左」「右」に交流電圧を順番に印加し、電流を検出することができる。

オペアンプ１０７の出力信号は、ノイズ除去のためのバンドパスフィルタ８０４に入力される。なお、このバンドパスフィルタ８０４の中心周波数は、サイン波生成部８０３が生成する信号の周波数と同一に設定されている。
バンドパスフィルタ８０４の出力信号は、サイン波生成部８０３が生成する交流電圧信号と共に、アナログ乗算器からなる同期検波部８０５に入力される。
この同期検波部８０５の出力信号は、積分器８０６に入力されて、積分処理が行われる。なお、積分処理は積分器８０６の後段に接続されたＡ／Ｄ変換器８０７がＡ／Ｄ変換処理を完了したらリセットしなければならないので、リセット信号が位置算出及び制御部７１２から入力されるようになっている。

Ａ／Ｄ変換器８０７は、積分器８０６の出力信号をデジタルデータに変換し、マイコンからなる位置算出及び制御部７１２に出力する。この位置算出及び制御部７１２は、入出力切替スイッチ８０２ａ、８０２ｂ、８０２ｃ及び８０２ｄの切替制御、サイン波生成部８０３のサイン波出力タイミングの制御、積分器８０６に出力するリセット信号の生成及びＡ／Ｄ変換器８０７の変換トリガ信号の生成を行う。そして、Ａ／Ｄ変換器８０７から得られるデジタルデータから、指の有無の検出と指の位置のデータを演算して出力する。

ところで、位置検出部５０３による指示体の指示位置の検出は、常時行われていることが望ましい。位置検出部５０３は指等の指示体による位置指示がいつ開始されるかは分からないので、検出を停止している時間が長いと追従性が損なわれてしまうからである。
通常、マウス等のポインティングデバイスの要求仕様は、位置指示体（ポインタ）の位置をおよそ１０ｍｓｅｃ間隔で取得できることといわれる。上述の位置検出部５０３による指示体の検出動作は、電極膜１０２の「上」「下」「左」「右」に交流電圧を順番に印加し、電流を検出することにより行う。したがって、位置検出部５０３のみを行うのであれば、２．５ｍｓｅｃ間隔で「上」「下」「左」「右」に交流電圧を順番に印加すればよいことになる。
しかしながら、本実施形態では、表示駆動部５０２と位置検出部５０３とが一の電極膜１０２を排他的に利用している。つまり、表示駆動部５０２が表示制御をしているときは、位置検出部５０３は位置検出を行うことができない。
そこで、表示させる内容に変化がない限り、位置検出部５０３による検出動作を優先し、表示させる内容の変化が生じたら、表示駆動部５０２の動作を位置検出部５０３の検出動作の間に割り込ませるようにしている。

図９は、表示駆動部５０２及び位置検出部５０３の動作状態を説明する状態遷移図である。各状態Ｓ９０１〜Ｓ９０４中、グラフで示したイラストはＡＮＤゲート７０７の出力の反転信号を示している。これは、論理の真の時に指の検出動作を行う、という説明をするために設けている。

上位装置から表示駆動部５０２にビデオ信号が入力されておらず、かつ指示体も検出されていない状態であるときは、表示駆動部５０２は表示駆動を行う必要がないので、位置検出部５０３は常時、位置検出動作を行う（Ｓ９０１）。
そして、位置検出部５０３が位置検出動作を行った結果、指の存在を検出したときは、上位装置からビデオ信号の入力がない場合には、状態Ｓ９０１と同様に、位置検出部５０３が常時位置検出動作を継続する（Ｓ９０２）。

状態Ｓ９０１において、上位装置から表示駆動部５０２にビデオ信号が入力されると、位置検出部５０３の動作は指の存在を検出する最低限の動作に留め、駆動時間の大半を表示駆動部５０２に割り当てる（Ｓ９０３）。

また、状態Ｓ９０２において、上位装置から表示駆動部５０２にビデオ信号が入力されると、表示駆動部５０２が表示制御を行いつつ、位置検出部５０３は指示位置を検出するために、表示駆動部５０２の動作よりも位置検出部５０３による指示体の検出を優先するために、駆動時間を表示駆動部５０２よりも位置検出部５０３へ長めに割り当てる（Ｓ９０４）。
同様に、状態Ｓ９０３において、位置検出部５０３が指示体による位置指示を検出すると、指示体の動きをしっかりトレースするために、状態Ｓ９０４に移行する。

以上、図９を参照して説明したように、特定の状態（Ｓ９０４）のときは、表示駆動部５０２と位置検出部５０３とはそれぞれ交互に動作しなければならないので、位置検出部５０３の動作時間を制限する必要がある。なお、位置検出部５０３の位置検出動作の１サイクルは、１０ｍｓｅｃを下回らなければならない。更に言うならば、表示駆動部５０２とその占有時間を折半できることが望ましい。電子ペーパーである表示駆動部５０２の表示処理は、高速に動作し難いからである。具体的には、一例として、表示駆動部は５〜６ｍｓｅｃ、位置検出部５０３は４〜５ｍｓｅｃを１サイクルとして動作し得ることが望ましい。この仕様では、電極膜１０２の「上」「下」「左」「右」に交流電圧を順番に印加し、電流を検出する４段階のサイクルは、各段階が１ｍｓｅｃで完結することが望ましい。

次に、表示駆動部５０２及び位置検出部５０３から出力される各種制御信号について図１０を参照して説明する。この図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）及び（ｇ）は、表示駆動部５０２及び位置検出部５０３の、各種信号及び状態のタイミングチャートである。
ここで、図１０（ａ）はビデオ信号を示している。上位装置からビデオ信号が来ると、その期間を論理の真で模式的に表している。
図１０（ｂ）はタイマが出力する論理値を示す。このタイマは表示駆動制御部７０６の内部に、プログラムによって実現される。
図１０（ｃ）は表示更新信号を示す。この信号は、表示駆動部５０２が位置検出部５０３に対して表示動作を行いたい、との意思を伝える信号である。
図１０（ｄ）は表示駆動部が表示動作を行っている状態を示す。この仮想的な信号波形は、論理の真の時に表示駆動部が表示動作を行っていることを示す。
図１０（ｅ）は位置検出部５０３が位置検出動作を行っている状態を示す。この仮想的な信号波形は、論理の真の時に位置検出部５０３が位置検出動作を行っていることを示す。
図１０（ｆ）は検出完了信号を示す。この信号は、位置検出部５０３が表示駆動部５０２に対して指の位置検出動作を完了したことを報告する信号である。表示駆動部５０２は、表示更新信号を真に設定してから、この信号が真になったことを受けて、表示動作を実行する。
図１０（ｇ）は指存在信号を示す。この信号は、位置検出部５０３が指の存在を検出したことを示す信号である。

表示駆動制御部７０６は、上位装置からビデオ信号が入力され、ビーズ３１１による表示内容を変更する必要が生じたことを、差分抽出部７０５を通じて検知すると、位置算出及び制御部７１２に「表示駆動要求」を通知すべく、表示更新信号を論理の「偽」から「真」に転換する。しかし、このときは殆どの場合、位置検出部５０３は指の検出動作の途中である（Ｓ１００１）。そこで、位置算出及び制御部７１２は、表示更新信号が真になってから直後の検出動作の終了を待った後、検出完了信号を「偽」から「真」に転換させると共に、指の検出動作を一時停止する（Ｓ１００２）。

表示駆動制御部７０６は、検出完了信号が「真」になったことを検出すると、内部のタイマをオン動作させる（Ｓ１００３）。このタイマは、表示駆動部５０２が表示駆動動作を行う時間を規定する。つまり、タイマが「真」を示している間だけ、表示駆動部５０２が表示駆動動作を行う（Ｓ１００４）。これは、表示駆動制御部７０６は、タイマが規定する時間内に表示更新作業を完遂できていない場合でも、時間切れで表示更新作業を中断することを意味する。

表示駆動制御部７０６は、タイマが所定時間を計測すると、表示更新信号を「真」から「偽」に転換させると共に（Ｓ１００５）、表示動作を停止する（Ｓ１００６）。
位置算出及び制御部７１２は、表示更新信号が「真」から「偽」に転換したことを検出すると（Ｓ１００７）、検出完了信号を「真」から「偽」に転換させると共に（Ｓ１００８）、指検出動作を再開する（Ｓ１００９）。

表示駆動制御部７０６は、上位装置からビデオ信号が与えられていなくても、直前の表示更新作業がタイマによる時間切れで中断されたことにより、未だビーズ３１１による表示内容を変更する必要があることを、差分抽出部７０５を通じて検知すると、再度、位置算出及び制御部７１２に「表示駆動要求」を通知すべく、表示更新信号を論理の「偽」から「真」に転換する。しかし、このときは殆どの場合、位置検出部５０３は指の検出動作の途中である（Ｓ１０１０）。そこで、位置算出及び制御部７１２は表示更新信号が真になってから直後の検出動作の終了を待つと、検出完了信号を「偽」から「真」に転換させると共に、指の検出動作を一時停止する（Ｓ１０１１）。

表示駆動制御部７０６は、検出完了信号が「真」になったことを検出すると、内部のタイマをオン動作させる（Ｓ１０１２）。タイマが「真」を示している間だけ、表示駆動部５０２は表示駆動動作を行う（Ｓ１０１３）。
表示駆動動作が一通り完遂すると、第一フレームメモリ７０３の内容と第二フレームメモリ７０４の内容とが完全に一致する。つまり、表示更新作業が不要になる。表示駆動部は、このことを差分抽出部７０５から検知すると、表示動作を止めて、タイマをリセットさせる（Ｓ１０１４）。

タイマがリセットされると、タイマの出力は、論理の「真」から「偽」に転換する。表示更新信号はこれを受けて、論理の「真」から「偽」に転換する（Ｓ１０１５）。
位置算出及び制御部７１２は、表示更新信号が「真」から「偽」に転換したことを検出すると（Ｓ１０１６）、検出完了信号を「真」から「偽」に転換させると共に（Ｓ１０１７）、指検出動作を再開する（Ｓ１０１８）。

表示駆動制御部７０６は、指存在信号（図１０（ｇ））の論理状態に応じて、タイマの計時時間を切替える。このため、表示駆動制御部７０６が指の存在を検出した後（Ｓ１０１９）の、タイマの計時時間（Ｔ１０２１）は、指の存在を検出していない時の計時時間（Ｔ１０２０）よりも短い。

以上説明したように、本発明の第一の実施の形態例における位置検出装置５０１においては、電極膜１０２を表示駆動部５０２と位置検出部５０３との双方で時分割にて排他的に共有する、という技術的思想を開示した。この電極膜１０２を表示駆動部５０２と位置検出部５０３との双方で共有する方法としては、時分割の他に、周波数領域で分けて共有する方法もある。
以下、この技術思想に基づく本発明の第二の実施の形態例を、図１１及び図１２を参照して説明する。ここで、図１１は、本発明の第二の実施の形態例における位置検出装置１０１１の概略ブロック図である。
この本発明の第二の実施の形態例における位置検出装置１０１１と、第一の実施の形態の例における位置検出装置５０１との相違点は、表示駆動部５０２と位置検出部１１０３との間で、表示更新信号、検出完了信号、指存在信号のやりとりを行わない点である。その他の点に関しては、第一の実施の形態例と同一なので、詳細な説明は省略する。

ここで、本発明の第二の実施の形態例における位置検出部１１０３について、図１２を参照して詳述する。この図１２は、本発明の第二の実施の形態例における位置検出部１１０３の詳細ブロック図である。
この第二の実施の形態例においては、電極膜１０２の四隅には、第一の実施の形態例におけるモード切替スイッチ６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃ及び６０２ｄの代わりに、電流検出回路１２０２ａ、１２０２ｂ、１２０２ｃ及び１２０２ｄが設けられている。
この電流検出回路１２０２ａ、１２０２ｂ、１２０２ｃ及び１２０２ｄは、サイン波スイッチ１２０３ａ、１２０３ｂ、１２０３ｃ及び１２０３ｄ及び電流検出スイッチ１２０４ａ、１２０４ｂ、１２０４ｃ及び１２０４ｄに接続されている。

この電流検出回路１２０２ａ、１２０２ｂ、１２０２ｃ及び１２０２ｄは、オペアンプ１２１７及び抵抗Ｒ１２１８からなる電流電圧変換回路と、オペアンプ１２１７の正極側入力端子にオフセット電圧を与えるための抵抗Ｒ１２１４及びＲ１２１５と、サイン波電圧信号を印加するコンデンサＣ１２１６とからなる。
オフセット電圧を与えるための抵抗Ｒ１２１４及びＲ１２１５は、表示駆動部５０２に対し、電極膜１０２を表示部５０５の一部として動作させるために設けられている。つまり、オペアンプ１２１７のイマジナルショート現象を利用して、電極膜１０２に一定の基準電圧を印加している。
サイン波生成部８０３から生じるサイン波電圧信号は、サイン波スイッチ１２０３ａとコンデンサＣ１２１６とを通じて、オペアンプ１２１７の正極側入力端子に印加される。つまり、オペアンプ１２１７のイマジナルショート現象を利用して、電極膜１０２に交流電圧を印加する。

このサイン波スイッチ１２０３ａは、サイン波生成部８０３と接続されているときは、電流検出スイッチ１２０４ａがオフになり、逆に、サイン波スイッチ１２０３ａがサイン波生成部８０３と接続されていないときは、電流検出スイッチ１２０４ａはオンとなる。
そして、電流検出回路１２０２ａ、１２０２ｂ、１２０２ｃ及び１２０２ｄから電流検出スイッチ１２０４ａ、１２０４ｂ、１２０４ｃ及び１２０４ｄを通じて得られる出力信号は、バンドパスフィルタ８０４に入力される。このバンドパスフィルタ８０４以降の信号処理は、第一の実施形態と同じであるので、詳細な説明は省略する。

以上、本発明の実施形態例について説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含む。

例えば、上記第一及び第二の実施の形態例においては、指示体の例として人の指を例示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、電子ペーパー３０１を構成する電極膜１０２に、例えば、マトリクス状に複数の電極を設けた電極膜を採用した場合、すなわち、既存の電磁誘導方式の位置検出装置や静電結合方式の位置検出装置と、この電子ペーパーとを組み合わせてもよい。これらの場合には、それぞれの位置検出装置専用の指示体、すなわち、所定の周波数で共振する共振回路を搭載する位置指示器（ペン）や、静電結合ペンを用いることができる。

位置検出装置の動作原理を説明する模式図である。 位置検出装置の動作原理を説明する模式図である。 電子ペーパーの原理を説明する模式図である。 電子ペーパーの原理を説明する模式図の等価回路である。 第一の実施の形態例における位置検出装置５０１の概略ブロック図である。 電極膜１０２の周囲を詳細に説明するためのブロック図である。 表示駆動部及び位置検出部の内部の構成ブロックを詳細に説明するための図である。 位置検出部５０３の詳細ブロック図である。 表示駆動部５０２と位置検出部５０３の動作状態を説明する状態遷移図である。 表示制御部及び位置検出部５０３の、各種信号及び状態のタイミングチャートである。 第二の実施の形態例における位置検出装置１０１１の概略ブロック図である。 第二の実施の形態例における位置検出装置１０１１の詳細ブロック図である。

符号の説明

１０２…電極膜、１０３…指、１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄ…接点、１０５ａ、１０５ｂ…配線、１０６…交流電圧源、１０７ａ…オペアンプ、Ｒ１０７ｂ…抵抗、１０８…電圧電流変換回路、１０９…人体、Ｃ１１０…人体コンデンサ、Ｒ１１１…電極膜抵抗、３０２…水平電圧線、３０３…水平選択スイッチ、３０４…直流電圧源、３０５…垂直制御線、３０６…ＦＥＴ、３０７…カウンタ、３０８…レジスタ、３１０…電極プレート、３１１…ビーズ、５０１…位置検出装置、５０２…表示駆動部、５０３…位置検出部５０３、５０４…マトリクスゲート、５０５…表示部、６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃ、６０２ｄ…モード切替スイッチ、７０２…信号処理部、７０３…第一フレームメモリ、７０４…第二フレームメモリ、７０５…差分抽出部、７０６…表示駆動制御部、７０７…ＡＮＤゲート、７１２…位置算出、制御部、８０２ａ、８０２ｂ、８０２ｃ、８０２ｄ…入出力切替スイッチ、８０３…サイン波生成部、８０４…バンドパスフィルタ、８０５…同期検波部、８０６…積分器、８０７…Ａ／Ｄ変換器、１０１１…位置検出装置、１２０２ａ、１２０２ｂ、１２０２ｃ、１２０２ｄ…電流検出回路、１２０３ａ、１２０３ｂ、１２０３ｃ、１２０３ｄ…サイン波スイッチ、１２０４ａ、１２０４ｂ、１２０４ｃ、１２０４ｄ…電流検出スイッチ、１２１７…オペアンプ、Ｒ１２１４、Ｒ１２１５、Ｒ１２１８…抵抗、Ｃ１２１６…コンデンサ

Claims (7)

1. 第一の電極と、第二の電極と、前記第一の電極と前記第二の電極との間に介在配置された表示材料を備え、前記第一の電極と前記第二の電極との間への駆動電源の供給が停止した後も前記表示材料が表示状態を保持可能な表示部と、
   入力信号の供給に対応して前記表示部の表示駆動を行う表示駆動部と、
   前記表示部が備える前記第一の電極を指示体による指示位置に共用して前記指示体による指示位置を検出する位置検出部と、
   前記入力信号の供給及び前記指示体の位置指示のそれぞれの有無に基づいて前記表示駆動部と前記位置検出部とを時分割動作させる際の駆動時間を制御する制御部と、
   を備えたことを特徴とする位置検出装置。
2. 前記制御部は、前記位置検出部による指示体が指示する位置を検出する動作を優先させるように制御し、前記表示部に表示させる内容に変化が生じた際には、前記表示駆動部の動作を前記位置検出部による動作の間で行わせるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記制御部は、前記位置検出部によって指示体が指示する位置が検出されているときに前記入力信号が供給された際には、前記表示駆動部の動作よりも前記位置検出部による指示体が指示する位置の検出が優先されるように前記位置検出部への駆動時間の割り当て制御を行うようにすることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
4. 前記表示駆動部は表示更新信号を送信することで、前記位置検出部との時分割制御が行われることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
5. 前記位置検出部は指示体の検出処理が完了したことを示す検出完了信号を送信することで、前記表示駆動部との時分割制御が行われることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
6. 前記位置検出部は指示体が存在するか否かを示す指示体存在信号を送信することで、前記表示駆動部との時分割制御が行われることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
7. 前記第一の電極は、マトリクス状に複数の電極が設けられた電極膜であることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。

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