JP5362848B2 - 光センサ回路、二次元座標検出装置、情報処理装置および光センサ素子のリフレッシュ駆動方法 - Google Patents
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Description
主として、本発明は、光学式の二次元座標検出装置と、その二次元座標検出装置に備えられ、二次元座標検出装置に接近したポインタの座標位置を光学的に検出する光センサ回路と、その光センサ回路に備えられた光センサ素子のしきい値特性を初期化するリフレッシュ駆動方法とに関するものである。
(タッチパネル)
従来、指や入力用のペンなどのポインタで表示パネルの表面を触れると、その触れた位置を検出することができるタッチパネル(座標センサ)機能を備えた表示装置が知られている。このような表示装置としては、いわゆる抵抗膜方式や、あるいは静電容量方式等のタッチパネルを用いた表示装置が主流に用いられていた。
従来、指や入力用のペンなどのポインタで表示パネルの表面を触れると、その触れた位置を検出することができるタッチパネル(座標センサ)機能を備えた表示装置が知られている。このような表示装置としては、いわゆる抵抗膜方式や、あるいは静電容量方式等のタッチパネルを用いた表示装置が主流に用いられていた。
しかしながら、このような表示装置においては、例えば、特殊な、位置検出用のパネルを必要とするため、装置全体が厚くなるという問題や、このようなタッチパネルを表示装置の画面に設けることによって、視認性が低下するという問題が生じていた。
(光学方式の座標検出装置1)
そこで、近年では、そのようなタッチパネルを必要としない光学方式の座標検出装置が開発されている。この座標検出装置は、前述の抵抗膜方式または静電容量方式のタッチパネルに代えて、光源と、光源からの光を、ポインタが遮ったどうかを検出することによって、ポインタの位置情報を出力するフォトダイオードやフォトトランジスタ等の受光素子(光センサ素子)とを表示パネルに備えている。
そこで、近年では、そのようなタッチパネルを必要としない光学方式の座標検出装置が開発されている。この座標検出装置は、前述の抵抗膜方式または静電容量方式のタッチパネルに代えて、光源と、光源からの光を、ポインタが遮ったどうかを検出することによって、ポインタの位置情報を出力するフォトダイオードやフォトトランジスタ等の受光素子(光センサ素子)とを表示パネルに備えている。
その具体例は、例えば、下掲の特許文献1に開示されている。図15に示すように、特許文献1に開示された光デジタイザ70は、検出面71上において指示体72の指示位置座標を検出することができる。そのために、光デジタイザ70は、光線を発するためのLED73と、前記検出面71の周囲の少なくとも3辺を包囲するように設けられ、LED73から発せられた光線を再帰反射する再帰反射部材74と、再帰反射部材74から再帰反射された光線を利用して、指示体72を撮像し電気信号に変換するためのリニアイメージセンサ75と、リニアイメージセンサ75に結像するための結像レンズ76とを備えている。
上記LED73、リニアイメージセンサ74および結像レンズ75から構成された検出ユニットが、検出面71を形成する透明な入力平面板77と同一平面上の2箇所に配置されている。
なお、図16に示すように、検出面71の下に、表示面を持つ表示装置78を設けることにより、タッチパネル付表示装置を実現している。
上記の構成において、LED73から発せられた光線が検出面71の周辺に設けられた再帰反射部材74に当たると、その再帰反射特性によって、そこに入射した光が入射した方向へまっすぐに戻るように反射する。指示体72が検出面71に置かれた場合は、指示体72によって光が遮断されるので、リニアイメージセンサ75では、LED73に対する指示体72の方向を反映した影ができる。この影の方向をリニアイメージセンサ75で撮像し、電気信号に変換することを左右の検出ユニットで行なう。さらに、これらの電気信号を三角測量の原理を用いて演算処理することにより、指示体72の指示位置座標を検出することができる。
(光学方式の座標検出装置2)
一方、下掲の特許文献2には、光マトリクス方式の光学式座標読み取り装置が開示されている。具体的には、長方形状の座標検出領域を挟んで、対向する1組の辺の一方の辺に、光源として、発光ダイオード等の赤外光発光素子が一定間隔毎に配列され、他方の辺に、受光部として、フォトトランジスタ等の赤外光受光素子が一定間隔毎に配列されている。また、対向するもう1組の辺にも、上記光源と受光部とが、同様に配置されている。
一方、下掲の特許文献2には、光マトリクス方式の光学式座標読み取り装置が開示されている。具体的には、長方形状の座標検出領域を挟んで、対向する1組の辺の一方の辺に、光源として、発光ダイオード等の赤外光発光素子が一定間隔毎に配列され、他方の辺に、受光部として、フォトトランジスタ等の赤外光受光素子が一定間隔毎に配列されている。また、対向するもう1組の辺にも、上記光源と受光部とが、同様に配置されている。
この構成では、各赤外光発光素子から射出され、座標検出領域を介して各赤外光受光素子に向けて直進する直進光路上の赤外光が、指等により遮光されると、受光部において照度の変化が生じる。この照度の変化に基づく統計処理が施され、指等で指定した座標検出領域上の位置が、受光部における赤外光量全体の分布から算出される平均座標(X、Y)として認識される。
ここで、三角測量の原理を用いて座標を特定する特許文献1の座標検出装置に、特許文献2に開示されたような光マトリクス方式を適用した座標検出装置を考えることが可能である。
この場合、2つのLED73をそのままとし、リニアイメージセンサ75、再帰反射部材74および結像レンズ76を設けずに、再帰反射部材74を設けていた3辺に、フォトトランジスタ等の光センサ素子を一定間隔で配列することによって、三角測量の原理を用いた光マトリクス方式の座標検出装置が考えられる。
しかしながら、この思考上の構成を本願発明者グループが検討した結果、以下のような問題が生じることを見出した。
すなわち、光源と光センサ素子との位置関係によって、3辺に配列された光センサ素子の受光量がばらつくという問題が生じる。この受光量のばらつきは、光センサ素子を構成するフォトトランジスタのしきい値特性のばらつきを生む。この結果、しきい値特性のばらつきが受光時間の累積と伴に大きくなるので、光センサ素子の受光感度に不一致が生じ、位置検出の精度が時間と伴に劣化するという問題を招く。
以下、図4を参照して、上記の問題をより具体的に説明する。図4に示すように、長方形の座標検出領域のコーナーAおよびコーナーBに、LED等の光源が1つずつ配置され、複数の光センサ素子が、A側短辺、B側短辺および長辺に沿って配列されているとする。
この場合、コーナーAの光源から、光は鋭角θAの範囲で扇状に出射されるため、コーナーAの光源から最短距離で、光が照射される光センサ素子の位置は、コーナーAとA側短辺上で対をなすもう1つのコーナーに近接した位置Cになる。
また、コーナーBの光源からも同じように光が出射されるため、コーナーBの光源から最短距離で、光が照射される光センサ素子の位置は、コーナーBとB側短辺上で対をなすもう1つのコーナーに近接した位置Dになる。
一方、コーナーAの光源から出射された光は、A側短辺に沿って配列された光センサ素子によってほとんど受光されず、同様に、コーナーBの光源から出射された光は、B側短辺に沿って配列された光センサ素子によってほとんど受光されない。
したがって、2つの光源が配置された長辺に対向した長辺に沿って配列された光センサ素子の受光量は、A側短辺およびB側短辺に沿って配列された光センサ素子の受光量より、総じて大きくなる。この結果、長辺側の光センサ素子のしきい値は、A側短辺の光センサ素子およびB側短辺の光センサ素子のしきい値より、シフトしやすくなる。
さらに、2つの光源をパルス列の駆動電流によって点滅させた場合、その点滅が2つの光源において交互に行われるなら、各短辺での照射時間は、長辺での照射時間の半分になる。また、その点滅が2つの光源において同期して同時に行われるなら、短辺側の光センサ素子の受光量は、長辺側の光センサ素子の受光量の約半分になる。このため、各短辺に沿って配列された光センサ素子のしきい値がシフトする現象は、長辺側の光センサ素子と比べて、一層抑制される。この結果、しきい値のシフトのばらつきがさらに広がってしまう。
上記の問題点に鑑み、本発明は、光を発するように位置を固定された光源との位置関係によって、受光量が異なる光センサ素子を座標検出に用いた座標検出装置に関して、上記光センサ素子のしきい値特性のばらつきを抑制することができる光センサ回路を提供するとともに、この光センサ回路を搭載した二次元座標検出装置および情報処理装置と、光センサ素子のリフレッシュ駆動方法とを提供することを目的としている。
本発明に係る光センサ回路は、上記の課題を解決するために、
(1)光が通過する座標検出領域に検出対象物が置かれたときの受光量の変化によって、上記座標検出領域における検出対象物の位置座標を検出する光センサ回路であって、
(2)第1の光センサ素子を備えた第1の光センサ回路と、
(3)第2の光センサ素子を備えた第2の光センサ回路と、
(4)上記第1の光センサ素子の受光感度を決めるしきい値特性を初期化する第1の制御信号が供給される第1の配線と、
(5)上記第2の光センサ素子の受光感度を決めるしきい値特性を初期化する第2の制御信号が、上記第1の制御信号とは独立して供給される第2の配線とを備えたこと
を特徴とする。
(1)光が通過する座標検出領域に検出対象物が置かれたときの受光量の変化によって、上記座標検出領域における検出対象物の位置座標を検出する光センサ回路であって、
(2)第1の光センサ素子を備えた第1の光センサ回路と、
(3)第2の光センサ素子を備えた第2の光センサ回路と、
(4)上記第1の光センサ素子の受光感度を決めるしきい値特性を初期化する第1の制御信号が供給される第1の配線と、
(5)上記第2の光センサ素子の受光感度を決めるしきい値特性を初期化する第2の制御信号が、上記第1の制御信号とは独立して供給される第2の配線とを備えたこと
を特徴とする。
上記の構成において、第1の光センサ素子のしきい値特性と、第2の光センサ素子のしきい値特性とが、何らかの原因によって互いに異なる状態になると、各光センサ素子の受光感度が不一致になるため、同じ受光量に対して同じ強度の検出信号を出力することができなくなる。この場合には、光センサ回路が期待された動作を行なうことができない。
上記の構成によれば、このようなしきい値特性のばらつきが発生したとしても、第1の光センサ素子と第2の光センサ素子とに、それぞれ、第1の配線および第2の配線を介して、第1の制御信号と第2の制御信号とを独立して供給することができる。したがって、第1の光センサ素子および第2の光センサ素子のしきい値特性の違いに応じて、強度を変えた異なる制御信号を、各光センサ素子に独立して供給することができる。
これにより、各光センサ素子のしきい値特性のばらつきを容易かつ的確に抑制することができる。また、各光センサ素子の受光感度を容易に一致させることができる。
また、受光量によらず、各光センサ素子のしきい値特性を一律に初期化すると、しきい値のシフトの量が小さい光センサ素子に対して、過度の初期化を行ってしまう場合がある。しかし、本発明によれば、そのような過度の初期化を防止する効果も得られる。以上の結果、本発明の光センサ回路は、精度の良い検出動作を行うことができる。
本発明に係る二次元座標検出装置は、
(1)二次元座標と対応付けされる座標検出領域と、
(2)上記座標検出領域の一辺縁部に、所定間隔を置いて配置された2つの光源と、
(3)上記一辺縁部を除いて、上記座標検出領域の周縁部に規則的に配置された複数の光センサ素子とを備え、
(4)上記光センサ素子は、上記第1の光センサ回路を構成する上記第1の光センサ素子、および上記第2の光センサ回路を構成する上記第2の光センサ素子を備えていること
を特徴とする。
(1)二次元座標と対応付けされる座標検出領域と、
(2)上記座標検出領域の一辺縁部に、所定間隔を置いて配置された2つの光源と、
(3)上記一辺縁部を除いて、上記座標検出領域の周縁部に規則的に配置された複数の光センサ素子とを備え、
(4)上記光センサ素子は、上記第1の光センサ回路を構成する上記第1の光センサ素子、および上記第2の光センサ回路を構成する上記第2の光センサ素子を備えていること
を特徴とする。
上記のように、座標検出領域の一辺縁部に、所定間隔を置いて配置された2つの光源と、上記一辺縁部を除いて、上記座標検出領域の周縁部に規則的に配置された複数の光センサ素子とを備えた構成では、光源と光センサ素子との距離、あるいは、光源が出射する光が座標検出領域において形成する照度分布と光センサ素子との位置関係などが、座標検出領域の周縁部上での位置によって多様に変化する。
そうすると、上記周縁部における第1の光センサ素子の位置と、第2の光センサ素子の位置とは同じではないから、第1の光センサ素子の受光状態と第2の光センサ素子の受光状態とが異なる場合がある。この場合、上記構成を有した二次元座標検出装置では、第1の光センサ素子のしきい値特性と第2の光センサ素子のしきい値特性との間に、不一致が生じる。
この生じたしきい値特性の不一致を、既に説明した光センサ回路の構成によって解消することができる。したがって、上記構成を備えた二次元座標検出装置は、検出精度を常に高く維持することができるので、常に正確な二次元座標を検出することができる。
また、上記構成を備えた二次元座標検出装置を情報処理装置に搭載することによって、座標位置を指定するユーザの操作に対して、誤動作をしない使い勝手の良い情報処理装置を提供することができる。このような情報処理装置としては、携帯電話、PDA(Personal Digital Assistants)、ノート型またはデスクトップ型のコンピュータ、並びにATM(Automatic Teller Machine)および自動券売機のように、ユーザが表示画面から指示等を入力するためのユーザインタフェースを備えた装置などを挙げることができる。
さらに、通信ネットワークを利用して、表示内容をリアルタイムに書き換えることができ、その表示内容に基づいた何らかの入力等を、ユーザが表示画面から行うことのできるデジタルサイネージ(電子広告ボード、電子掲示板、電子案内板、電子情報ボードなどを含む)に、上記情報処理装置を適用することができる。
本発明に係る光センサ素子のリフレッシュ駆動方法は、上記の課題を解決するために、光が通過する座標検出領域に検出対象物が置かれたときの受光量の変化によって、上記座標検出領域における検出対象物の位置座標を検出する光センサ回路に備えられた光センサ素子のリフレッシュ駆動方法であって、上記光を発するように位置を固定された光源との位置関係によって、受光量が互いに異なる、上記光センサ素子としての第1の光センサ素子および第2の光センサ素子に対して、上記受光量の違いに応じて強度の異なる制御信号を印加することによって、第1の光センサ素子および第2の光センサ素子の受光感度を決めるしきい値特性を同じ初期特性に近づけるように初期化することを特徴とする。
これにより、既に説明したとおり、受光量の違いが引き起こす光センサ素子のしきい値特性のばらつきを、受光量の違いに応じて強度の異なる制御信号によって、抑制することができる。したがって、光センサ回路に、精度の良い検出動作を行わせることができる。
本発明に係る光センサ回路は、以上のように、異なる光センサ回路にそれぞれ備えられた異なる光センサ素子に対して、しきい値特性を初期化する制御信号を独立して供給する配線を備えているので、各光センサ素子のしきい値特性のばらつきを容易かつ的確に抑制することができるという効果を奏する。
また、本発明に係る光センサ素子のリフレッシュ駆動方法は、以上のように、光を発するように位置を固定された光源との位置関係によって、受光量が互いに異なる、複数の光センサ素子に対して、受光量の違いに応じて強度の異なる制御信号を印加するので、各光センサ素子のしきい値特性を同じ初期特性に近づけるように初期化することができるという効果を奏する。
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
初めに、本発明が着目した前述の課題を解決する構成の要点を説明する。
(二次元座標検出装置の構成の概要)
図1は、本発明に係る二次元座標検出装置の構成を概略的に示す模式的平面図である。図1に示すように、二次元座標検出装置の基板領域1には、二次元座標と対応付けされる座標検出領域2が設けられ、座標検出領域2の周囲は、光源3、光センサ素子4を備えた光センサ回路、および各種配線を設けるための周縁部となっている。
図1は、本発明に係る二次元座標検出装置の構成を概略的に示す模式的平面図である。図1に示すように、二次元座標検出装置の基板領域1には、二次元座標と対応付けされる座標検出領域2が設けられ、座標検出領域2の周囲は、光源3、光センサ素子4を備えた光センサ回路、および各種配線を設けるための周縁部となっている。
上記周縁部のうち、座標検出領域2の一辺縁部に、所定間隔を置いて2つの光源3が配置されている。また、座標検出領域2の上記一辺縁部を除いた周縁部には、複数の光センサ素子4が規則的に配置されている。このような二次元座標検出装置の形式は、光マトリクス(LM;Light Matrix)方式と呼ばれている。
(座標検出方法の概要)
座標検出領域2内の特定位置を指し示す人の指または入力用ペンなどのポインタP(検出対象物)が、光が通過する座標検出領域2上に接近または接触することにより、光源3から出射された光の光路上に置かれると、一方の光源3とポインタPとを結ぶ線上に位置した光センサ素子4Aが遮光状態となる。この結果、光センサ素子4Aの検出出力が変化する。同様に、他方の光源3とポインタPとを結ぶ線上に位置した光センサ素子4Bも遮光状態となるので、その検出出力が変化する。
座標検出領域2内の特定位置を指し示す人の指または入力用ペンなどのポインタP(検出対象物)が、光が通過する座標検出領域2上に接近または接触することにより、光源3から出射された光の光路上に置かれると、一方の光源3とポインタPとを結ぶ線上に位置した光センサ素子4Aが遮光状態となる。この結果、光センサ素子4Aの検出出力が変化する。同様に、他方の光源3とポインタPとを結ぶ線上に位置した光センサ素子4Bも遮光状態となるので、その検出出力が変化する。
2つの光源3が配置された上記一辺縁部を底辺とするように、2つの光源3とポインタPとが形作る三角形において、上記底辺に対してポインタPが作る2つの角αおよびβを、光センサ素子4の検出出力の変化を解析することによって求める。これにより、ポインタPの二次元座標は、予めわかっている2つの光源3間の距離と、上記角αおよびβとを用いて、三角測量の原理に従って求められる。
(解決すべき問題点の再確認)
ここで、図4を参照して既に説明した現象が問題となる。すなわち、長方形の座標検出領域のコーナーAおよびコーナーBに、LED等の光源が1つずつ配置され、複数の光センサ素子が、A側短辺、B側短辺および長辺の3辺に沿って配列されている場合、2つの光源が配置された長辺に対向した長辺に沿って配列された光センサ素子(以下、長辺側の光センサ素子と呼ぶことがある)の受光量は、A側短辺およびB側短辺に沿って配列された光センサ素子(以下、短辺側の光センサ素子と呼ぶことがある)の受光量より、総じて大きくなる。
ここで、図4を参照して既に説明した現象が問題となる。すなわち、長方形の座標検出領域のコーナーAおよびコーナーBに、LED等の光源が1つずつ配置され、複数の光センサ素子が、A側短辺、B側短辺および長辺の3辺に沿って配列されている場合、2つの光源が配置された長辺に対向した長辺に沿って配列された光センサ素子(以下、長辺側の光センサ素子と呼ぶことがある)の受光量は、A側短辺およびB側短辺に沿って配列された光センサ素子(以下、短辺側の光センサ素子と呼ぶことがある)の受光量より、総じて大きくなる。
この説明を図1にあてはめると次のようになる。2つの光源3が配置された上記一辺縁部と対向関係にある辺縁部に、図1の左右方向であるX方向に沿って配置された光センサ素子4の1つを光センサ素子41(第1の光センサ素子)とし、上記一辺縁部および対向する辺縁部以外の辺縁部、すなわち、上記一辺縁部と対向関係に無い辺縁部に、X方向に垂直なY方向に配置された光センサ素子4の1つを光センサ素子42(第2の光センサ素子)とすると、光センサ素子41の受光量は、光センサ素子42の受光量より大きい。
このため、光センサ素子41の受光感度を決めるしきい値は、光センサ素子42のしきい値よりシフトしやすくなる。つまり、光センサ素子4のしきい値特性が、光センサ素子4と、位置を固定された光源3との位置関係に依存してばらつきを持つことになる。こうなると、光センサ素子4の受光感度がばらつくため、光源3の出射光を受光したかしなかったかを正確に検出することができなくなる。この結果、正確な二次元座標の検出が困難になる。
(光センサ回路の構成の概要)
そこで、本発明に係る光センサ回路は、しきい値特性のばらつきを解消する構成として、光センサ素子41および光センサ素子42のしきい値のシフト量に応じて、しきい値を初期化して等しく、あるいはほぼ等しくすることができる制御信号を、光センサ素子41および光センサ素子42のそれぞれに独立して供給することができる配線を備えている。
そこで、本発明に係る光センサ回路は、しきい値特性のばらつきを解消する構成として、光センサ素子41および光センサ素子42のしきい値のシフト量に応じて、しきい値を初期化して等しく、あるいはほぼ等しくすることができる制御信号を、光センサ素子41および光センサ素子42のそれぞれに独立して供給することができる配線を備えている。
より具体的には、図1に示すように、光センサ素子41を含むX方向に配列された光センサ素子4のアレイに対して、第1の制御信号としてのリフレッシュ信号shield_Aを供給する第1の配線と、光センサ素子42を含むY方向に配列された光センサ素子4のアレイに対して、第2の制御信号としてのリフレッシュ信号shield_Bを供給する第2の配線とが設けられている。なお、第2の配線は、Y方向に配列された上記アレイと平行に対向するもう1列のアレイに対しても同様に設けられている。
これらの第1の配線および第2の配線のほかに、上記周縁部には、光センサ素子4にリセット信号rstを供給する配線、光センサ素子4から検出信号を読み出すために、光センサ素子4に読出信号rwを供給する配線、光センサ素子4の上記検出信号を出力信号Voutとして取り出すための配線とが設けられている。
(情報処理装置の構成)
なお、二次元座標検出装置は、図3に情報処理装置11の断面の構成を模式的に示すように、情報を表示する機能を備えた表示パネル10と一体化され、情報処理装置11の一要素として用いられることが多い。表示パネル10が、アクティブマトリクス型の液晶表示パネルのように、画素の表示を駆動するTFT(Thin Film Transistor)12のようなスイッチング素子を備えている場合、スイッチング素子のゲートをオンオフする駆動信号を、ゲートドライバからスイッチング素子に供給する走査配線(図1に示す表示用ゲート)や、スイッチング素子を介して、表示する情報に基づいた電圧を、ソースドライバから画素に供給するソース配線などが設けられている。
なお、二次元座標検出装置は、図3に情報処理装置11の断面の構成を模式的に示すように、情報を表示する機能を備えた表示パネル10と一体化され、情報処理装置11の一要素として用いられることが多い。表示パネル10が、アクティブマトリクス型の液晶表示パネルのように、画素の表示を駆動するTFT(Thin Film Transistor)12のようなスイッチング素子を備えている場合、スイッチング素子のゲートをオンオフする駆動信号を、ゲートドライバからスイッチング素子に供給する走査配線(図1に示す表示用ゲート)や、スイッチング素子を介して、表示する情報に基づいた電圧を、ソースドライバから画素に供給するソース配線などが設けられている。
(表示部の具体的な構成)
図2は、上記情報処理装置11の表示部を模式的に示す平面図であり、図3は、上記情報処理装置の断面の構成を模式的に示す断面図である。図2および図3に示すように、二次元座標検出装置の基板をなす透明板13の表面上であって、座標検出領域2の一辺縁部に、2つの光源3が取り付けられている。光源3には、例えば、赤外LED(Light Emission Diode)、近赤外LED、白色LEDなどを用いることができる。
図2は、上記情報処理装置11の表示部を模式的に示す平面図であり、図3は、上記情報処理装置の断面の構成を模式的に示す断面図である。図2および図3に示すように、二次元座標検出装置の基板をなす透明板13の表面上であって、座標検出領域2の一辺縁部に、2つの光源3が取り付けられている。光源3には、例えば、赤外LED(Light Emission Diode)、近赤外LED、白色LEDなどを用いることができる。
透明板13の下方には、上記表示パネル10が配置されている。光センサ素子4および光センサ回路に関わる各種配線は、表示パネル10の基板14に設けられている。光センサ素子4は、座標検出領域2が長方形状の場合、2つの光源3が配置された一辺を除く三辺に沿って規則的に配列され、ラインセンサ40を構成している。
また、ラインセンサ40の直上であって、透明板13の表面上には、光源3から出射された光の進路をラインセンサ40へ向かう進路に変更する光路変更用の光学系(プリズムなど)が設けられている。このように、光センサ回路を内蔵した表示パネル10の上に、光源3および光学系を搭載した透明板13を配置することによって、情報処理装置11の薄型化が可能になる。
なお、基板14上における光源3が配置された側の端部領域には、上記光センサ回路および上記スイッチング素子などに関わる各種配線と、各種配線のそれぞれに対応した信号を送り込む外部回路とを接続するFPC(Flexible Printed Circuits)15およびコネクタ16が設けられている。
光センサ回路を構成する各種素子および各種配線を、基板14上にモノリシックに形成することによって、各種素子および各種配線を設けるための額縁領域を狭くすることができる。
(光センサ素子の構成)
図6は、光センサ素子4の構成を示す断面図である。光センサ素子4の基本部分は、逆スタガ型の薄膜トランジスタである。ボトム側(図3の基板14側)のゲート電極4aを覆う層間絶縁膜4bの上に、半導体層4cが形成され、半導体層4c上に、受光部となる間隙(開口部)を介してソース電極4dとドレイン電極4eとが、同じ層において対向して形成されている。さらに、この基本部分の構成に加えて、半導体層4c、ソース電極4dおよびドレイン電極4eを覆う層間絶縁膜4fの上に、バックゲート電極4gが設けられている。なお、薄膜トランジスタの受光部へ光を透過させることができるように、バックゲート電極4gは透明材料からなっている。
図6は、光センサ素子4の構成を示す断面図である。光センサ素子4の基本部分は、逆スタガ型の薄膜トランジスタである。ボトム側(図3の基板14側)のゲート電極4aを覆う層間絶縁膜4bの上に、半導体層4cが形成され、半導体層4c上に、受光部となる間隙(開口部)を介してソース電極4dとドレイン電極4eとが、同じ層において対向して形成されている。さらに、この基本部分の構成に加えて、半導体層4c、ソース電極4dおよびドレイン電極4eを覆う層間絶縁膜4fの上に、バックゲート電極4gが設けられている。なお、薄膜トランジスタの受光部へ光を透過させることができるように、バックゲート電極4gは透明材料からなっている。
また、後述するように、光センサ素子4は、ゲート電極4aとソース電極4dとが電気的に接続されたダイオード構造を持つフォトダイオードとして構成されている。
なお、光センサ素子4を構成する薄膜トランジスタは、逆スタガ型に限定されず、正スタガ型でもよい。正スタガ型の場合には、バックゲート電極4gはボトム側に形成される。
(光センサ回路の構成)
図7は、光センサ素子4と、これに接続された他の回路素子および各種配線とを備えた光センサ回路50の構成を示す回路図である。ただし、図7は、n個の光センサ回路50が、各種配線に対し並列接続された構成を示している。このn個の光センサ回路50は、図8を参照して後述するように、m個のブロックの1つに対応している。
図7は、光センサ素子4と、これに接続された他の回路素子および各種配線とを備えた光センサ回路50の構成を示す回路図である。ただし、図7は、n個の光センサ回路50が、各種配線に対し並列接続された構成を示している。このn個の光センサ回路50は、図8を参照して後述するように、m個のブロックの1つに対応している。
以下、n番目の光センサ回路50の詳細構成を説明する。光センサ素子4(n)のバックゲート電極4g(図6)には、上記第1の配線または第2の配線としての配線Vshieldが接続されている。
なお、光センサ回路50が、図1の左右方向であるX方向に沿って配置されたラインセンサを構成している場合には、第1の光センサ回路に相当するので、配線Vshieldは、前記リフレッシュ信号shield_Aを供給する第1の配線に相当する。一方、光センサ回路50が、図1の上下方向であるY方向に沿って配置されたラインセンサを構成している場合には、第2の光センサ回路に相当するので、配線Vshieldは、前記リフレッシュ信号shield_Bを供給する第2の配線に相当する。
また、光センサ素子4(n)のゲート電極4a(図6)には、前記リセット信号rstを供給する配線RST(n)が接続されている。
光センサ素子4(n)のドレイン電極4e(図6)は、薄膜トランジスタのTr1(n)のゲート電極に接続され、さらに、Tr1(n)のゲート電極には、容量c(n)の一端子が接続されている。なお、ドレイン電極4e、Tr1(n)のゲート電極および容量c(n)の一端子同士の接続点のことを、ノードNet_Aと呼ぶ。
さらに、容量c(n)の他端子には、配線CSが接続されている。配線CSには、容量c(n)を介して、センシング時にノードNet_Aの電圧を保持するための一定電圧(例えば0V)が印加される。また、光センサ素子4(n)をリフレッシュするとき、バックゲート電極4gとドレイン電極4eとの間に電位差を作るために、配線CSにもリフレッシュを補助する信号を印加し、配線Vshieldに印加するリフレッシュ信号shield_Aまたはshield_Bの強度を調整できるようになっている。この点については、後で詳述する。
なお、上記X方向に配列された光センサ回路50(長辺側)に接続された配線CSのことを配線CS1とし、上記Y方向に配列された光センサ回路50(短辺側)に接続された配線CSのことを配線CS2とする。
上記容量c(n)は、ノードNet_Aに必要な大きさの容量に応じて設けられ、ノードNet_Aを含む配線の容量のみで充分である場合には、さらなる容量を別に形成する必要はない。また、容量c(n)は、ノードNet_Aを含む配線と他の配線との間の寄生容量でも形成可能である。
一方、Tr1(n)のソース電極には、配線Vsが接続されている。配線Vsには、光センサ素子4(n)が光を検出したときに、一定電圧の前記出力信号Voutを出力できるようにするための一定の直流電圧(例えば5V)が印加される。
続いて、Tr1(n)のドレイン電極には、Tr2(n)のソース電極が接続され、Tr2(n)のドレイン電極には、配線Vout(1)が接続されている。配線Vout(1)は、上記出力信号Voutに基づいて二次元座標を演算によって求める演算回路系に接続されている。
最後に、Tr2(n)のゲート電極には、配線RW(n)が接続されている。配線RW(n)には、光センサ回路50から上記出力信号Voutを出力させるために、前記読出信号rwとしての一定電圧(例えば21V)が印加される。
なお、n個の光センサ回路50にそれぞれ備えられたTr2(1)〜Tr2(n)のドレイン電極は、全て、同じ配線Vout(1)に接続され、n個の光センサ回路50にそれぞれ対応する配線RW(1)〜配線RW(n)を介して、時系列で印加される読出信号rwによって、各光センサ回路50の出力信号Voutが順次、配線Vout(1)に出力される。
また、Tr1(n)およびTr2(n)は遮光され、光センサ素子4(n)のみに光が当たるようになっている。
(光センサ回路のブロック構成)
図8は、n個の光センサ回路50を1つのブロックとみなし、m個のブロックB(1)〜B(m)を、配線Vout(1)〜Vout(m)、配線RST(1)〜RST(n)および配線RW(1)〜RW(n)に対して、並列接続した構成を示すブロック図である。
図8は、n個の光センサ回路50を1つのブロックとみなし、m個のブロックB(1)〜B(m)を、配線Vout(1)〜Vout(m)、配線RST(1)〜RST(n)および配線RW(1)〜RW(n)に対して、並列接続した構成を示すブロック図である。
なお、ブロックB(1)〜B(m)は、長方形のある辺(短辺または長辺)に沿って直線状に配列されたn×m個の光センサ回路50をm個のブロックに分けたものである。
配線Vout(1)〜Vout(m)は、ブロックB(1)〜B(m)に1つずつ対応して設ければよく、また、例えば配線RST(n)および配線RW(n)は、ブロックB(1)〜B(m)に対して共通化されている。したがって、図8の構成は、配線数を減らすのに有効である。
(光センサ回路の動作)
図9は、光センサ回路50の動作に関わる各種信号を示すタイミングチャートである。
図9は、光センサ回路50の動作に関わる各種信号を示すタイミングチャートである。
(1)まず、図9の(i)に示す時刻t1(センシング動作の開始時)にて、図9の(b)に示すように、例えばローレベルが−10V、ハイレベルが+21Vとなるパルス状のリセット信号rst(n)を、光センサ素子4(n)のゲート電極4aに印加する。これによって、ダイオード構造の光センサ素子4(n)は導通(ON)するので、図9の(h)に示すように、ノードNet_Aが+21Vに充電され、初期化される。なお、センシング動作の期間中、前記配線CS1および配線CS2の電圧は一定(例えば0V)に維持されている。
この結果、ノードNet_Aにゲート電極が接続されたTr1(n)がONになる。
(2)一方、ノードNet_Aの電圧を初期化した後、リセット信号rst(n)の電圧は−10Vに降下するので、光センサ素子4(n)は非導通状態(OFF)となる。
(3)この状態で、光センサ素子4(n)が、光を受けない暗状態になったとする。この暗状態は、図1を参照して説明したように、座標検出領域2にポインタPが置かれた結果、光センサ素子4Aまたは光センサ素子4Bに、光源3からの光が届かなくなった状態である。
光センサ素子4(n)が暗状態のとき、光センサ素子4(n)において、ノードNet_Aから配線RST(n)に向かって流れるリーク電流は、ほとんど無いか、小さいので、ノードNet_Aの電圧降下もほとんど無いか、小さい。この結果、Tr1(n)は一定期間、ON状態を保持する。
(4)上記一定期間中に、光センサ回路50の光検出状態を読み出す読み出し期間を設ける。すなわち、時刻t2にて、図9の(a)に示すように、例えばローレベルが−10V、ハイレベルが+21Vとなるパルス状の読出信号rw(n)を、Tr2(n)のゲート電極に印加する。
この結果、Tr2(n)が読み出し期間の間、ONになるので、図9の(g)に示すように、配線Vsに印加されている直流電圧(例えば5V)が、Tr1(n)およびTr2(n)を介して、出力信号Voutとなって、配線Vout(1)に出力される。
すなわち、光センサ回路50は、光センサ素子4(n)がポインタPによって遮光されたとき、ポインタPを検出したことを示す出力信号Voutを出力する。
(5)上記暗状態とは逆に、上記(2)でノードNet_Aの電圧を初期化した状態で、光センサ素子4(n)が、光を受けた明状態になっていたとする。この明状態は、いうまでもなく、座標検出領域2にポインタPが置かれていないか、あるいは、ポインタPが置かれていたとしても、光源3からの光が遮光されず、光センサ素子4が受光し続けた状態である。
光センサ素子4(n)が明状態のとき、光センサ素子4(n)においては、その受光量を反映した大きさを持つリーク電流が、ノードNet_Aから配線RST(n)に向かって流れるので、ノードNet_Aの電圧は、図9の(h)に示すように、徐々に降下する。その降下量は、受光量に応じて定まる。ノードNet_Aの電圧が降下することにより、Tr1(n)はONからOFFに切り換わる。
(6)そうすると、Tr1(n)がOFFなので、上記読み出し期間に、図9の(i)に示す時刻t3にて、図9の(a)に示す+21Vの読出信号rw(n)を、Tr2(n)のゲート電極に印加しても、図9の(g)に示すように、配線Vsに印加されている直流電圧は、配線Vout(1)に出力されない。
すなわち、光センサ回路50は、光センサ素子4(n)が受光している場合には、出力信号Voutをローレベルに維持する。
ここで、光センサ素子4(n)のしきい値が、後で図11を参照して説明するように、光の照射の影響が累積されて+方向にシフトすると、光センサ素子4(n)の出力が下がるため、+21Vのリセット信号rst(n)をゲート電極4aに印加しても、ノードNet_Aの電圧が+21Vまで到達しなくなる。さらに、光センサ素子4(n)のしきい値が+方向にシフトすると、Tr1(n)がONしなくなるため、配線Vsに印加されている直流電圧は、配線Vout(1)に出力されなくなる。すなわち、この場合には、暗状態であるにもかかわらず、明状態と同じく光センサ回路50が検出信号を出力しないことになるため、光センサとして機能しなくなる。
(7)次に、上記読み出し期間の後に、光センサ素子4(n)のしきい値を初期化するためのリフレッシュ期間を設け、リフレッシュ動作を行う。リフレッシュ動作においては、+21Vのリセット信号rst(n)を、光センサ素子4(n)のゲート電極4aに印加すると同時に、バックゲート電極4gとドレイン電極4eとの間に電位差を作る。例えば、光センサ素子4(n)のしきい値が+方向にシフトする場合には、ゲート電極4aに+電圧を印加して光センサ素子4(n)をオン状態にし、バックゲート電極4gにマイナス電圧を印加し、ドレイン電極4eに+電圧を印加することによって電位差を作る。この電位差が大きいほど、しきい値特性を初期状態に戻す効果は大きくなる。
バックゲート電極4gとドレイン電極4eとの間に、必要な電位差を作るために、光センサ素子4(n)のバックゲート電極4gに、リフレッシュ信号shieldを印加する。このとき、光センサ素子4と光源3との配置関係によって生じる、光センサ素子4の受光量のばらつきに応じて、リフレッシュ信号shieldの電圧値を変える。
具体的には、図1の左右方向であるX方向に沿って配置された光センサ素子4(図4を参照して説明した長辺側の光センサ素子)の受光量は、図1の上下方向であるY方向に沿って配置された光センサ素子4(図4を参照して説明した短辺側の光センサ素子)の受光量より大きく、しきい値のシフト量が大きい。したがって、X方向に沿って配置された光センサ素子4に与えるリフレッシュ信号shield_Aの電圧の絶対値を、Y方向に沿って配置された光センサ素子4に与えるリフレッシュ信号shield_Bの電圧の絶対値より大きくする。
なお、リフレッシュ信号shield_Aまたはshield_Bのみでは、リフレッシュに充分な電位差を作りにくい場合には、前述した配線CS1および配線CS2に、補助的な電圧を印加してもよい。本実施形態では、電源として、−10Vから+21Vの間の電圧を発生させる電源を用いたので、配線CSを補助的に用いることとした。
図9の(c)は、リフレッシュ期間に、電圧値を0Vから−10Vにしたリフレッシュ信号shield_Aを示し、図9の(d)は、リフレッシュ期間に、電圧値を0Vに維持したリフレッシュ信号shield_Bを示している。このとき、リフレッシュ信号shield_Aに対応して、図9(e)に示すように、配線CS1に+21Vの補助信号を印加し、バックゲート電極4gとドレイン電極4eとの間に31Vの電位差を作る一方、リフレッシュ信号shield_Bについては、配線CS2の電位を0Vに維持した。
なお、リフレッシュ信号shield_Aおよび配線CS1の補助信号の各電圧の大きさは、電源の発生可能電圧を考慮し、バックゲート電極4gとドレイン電極4eとの間に、リフレッシュに必要な電位差を作り出すように適宜調整すればよく、リフレッシュ動作にとって、配線CSの補助信号は必須ではない。
このように、Y方向に沿って配置された光センサ素子4のしきい値のシフト量が無視できるくらい小さければ、リフレッシュ信号shield_Bの電圧値を0に維持することにより、リフレッシュ動作を行わないようにしてもよい。
また、しきい値のシフト量が大きい光センサ素子4にも、小さい光センサ素子4にも、強度の大きいリフレッシュ信号shield_Aを一律に印加してしまうと、しきい値のシフト量が小さい光センサ素子4のしきい値は、逆に小さくなり過ぎてしまう。したがって、本発明は、シフト量が大きい光センサ素子4とシフト量が小さい光センサ素子4とのそれぞれに、シフト量に応じた強度のリフレッシュ信号を与えることができる独立した配線を設けたことによって、そのような過度のリフレッシュを防止する効果も奏する。
なお、リフレッシュ動作を実行するタイミングとしては、映像信号の1フレーム期間毎に1回など、定期的に設定することが好ましい。また、情報処理装置11の電源投入時にもリフレッシュ動作を実行するようにしてもよい。
以上のリフレッシュ動作により、光センサ素子4と光源3との配置関係によらず、どの光センサ素子4のしきい値も、同じ初期特性に初期化する、あるいは同じ初期特性に近づけるように初期化することができる。この結果、全ての光センサ素子4の受光感度が一定に保たれるので、ポインタPの検出を正確に行える状態を維持できる。
なお、出力信号Voutの出力に応じて、リセット信号rst(n)およびリフレッシュ信号shieldを生成しないようにしてもよい。例えば、情報処理装置11が携帯型ゲーム機であって、ポインタPを頻繁に座標検出領域2に置く必要があるゲームをユーザが楽しむというケースでは、ポインタPを検出した光センサ素子4、つまり受光しなかった光センサ素子4について、リセット信号rst(n)およびリフレッシュ信号shieldを生成しないようにする。例えば、図9(g)に示すように、出力信号Voutが出力された場合に、その暗状態の期間に行われる予定であったリフレッシュ動作を行わないようにしてもよい。これによって、情報処理装置11の消費電力を抑える効果を得ることができる。
なお、リフレッシュ信号shieldの電圧値は、図9の(c)に示すように、0および0以外のリフレッシュ値に設定する第1の方法と、0以外の所定電圧およびリフレッシュ値に設定する第2の方法とが考えられる。しかし、第2の方法の場合、バックゲート電極4gに0以外の電圧が印加されることによる影響を光センサ素子4が受けると考えられるため、第1の方法を採用する方が好ましい。
(リフレッシュ動作の評価)
以上説明したリフレッシュ動作を、シミュレーションによって評価した。光センサ素子4に1時間程度の光照射を行った後、図10に示すように、光センサ素子4の各電極に、電極に応じた電圧を印加した。具体的には、電気的に接続されたゲート電極4aおよびソース電極4dに対して+20V、バックゲート電極4gに対して−20V、長辺側の光センサ素子4とみなした場合に、ドレイン電極4eに+20V、短辺側の光センサ素子4とみなした場合に、ドレイン電極4eに+10Vの各直流電圧を印加することによって、光センサ素子4をリフレッシュした。
以上説明したリフレッシュ動作を、シミュレーションによって評価した。光センサ素子4に1時間程度の光照射を行った後、図10に示すように、光センサ素子4の各電極に、電極に応じた電圧を印加した。具体的には、電気的に接続されたゲート電極4aおよびソース電極4dに対して+20V、バックゲート電極4gに対して−20V、長辺側の光センサ素子4とみなした場合に、ドレイン電極4eに+20V、短辺側の光センサ素子4とみなした場合に、ドレイン電極4eに+10Vの各直流電圧を印加することによって、光センサ素子4をリフレッシュした。
図11および図13は、それぞれ、長辺側の光センサ素子4および短辺側の光センサ素子4に光が照射された場合に、しきい値特性がシフトする様子を示すグラフである。
図11および図13のグラフから、
(1)長辺側および短辺側の光センサ素子4のどちらについても、光の照射後に、しきい値特性がプラス方向(グラフの右方向)にシフトし、しきい値がプラス側に大きくなっていること、
(2)受光量が相対的に大きい長辺側の光センサ素子4のしきい値特性のシフト量は、短辺側の光センサ素子4のそれより大きいこと
がわかる。
(1)長辺側および短辺側の光センサ素子4のどちらについても、光の照射後に、しきい値特性がプラス方向(グラフの右方向)にシフトし、しきい値がプラス側に大きくなっていること、
(2)受光量が相対的に大きい長辺側の光センサ素子4のしきい値特性のシフト量は、短辺側の光センサ素子4のそれより大きいこと
がわかる。
この結果、長辺側および短辺側の光センサ素子4の受光感度がばらつくため、ポインタPの存否を正確に検出することができない。
一方、図12および図14は、光の照射後に、上記リフレッシュ動作を実行することによって、長辺側の光センサ素子4および短辺側の光センサ素子4のそれぞれのしきい値特性を初期化した様子を示すグラフである。
これらのグラフを、図11および図13のグラフと比較して分かるように、長辺側および短辺側の光センサ素子4のどちらについても、リフレッシュ動作によって、しきい値特性がマイナス方向(グラフの左方向)にシフトし、しきい値が初期のしきい値特性に戻っていることがわかる。
これは、既に説明したように、リフレッシュ信号shield_Aおよびリフレッシュ信号shield_Bの強度を、しきい値特性のシフト量に応じて変えているために、シフト量の異なるしきい値特性が、適切に初期化されているからである。
(リフレッシュ動作の他の例)
以上の説明では、長方形状の座標検出領域2の3辺に配置された複数の光センサ素子4を、長辺側の光センサ素子4と短辺側の光センサ素子4との2種類に大別し、長辺側の光センサ素子4に与えるリフレッシュ信号shield_Aの強度を、短辺側の光センサ素子4に与えるリフレッシュ信号shield_Bの強度より大きくする形態を採用した。
以上の説明では、長方形状の座標検出領域2の3辺に配置された複数の光センサ素子4を、長辺側の光センサ素子4と短辺側の光センサ素子4との2種類に大別し、長辺側の光センサ素子4に与えるリフレッシュ信号shield_Aの強度を、短辺側の光センサ素子4に与えるリフレッシュ信号shield_Bの強度より大きくする形態を採用した。
しかしながら、座標検出領域の周辺に配置された複数の光センサ素子の受光量に応じて、光センサ素子それぞれに与えるリフレッシュ信号の強度を、もっと細かく変える別形態を採用してもよい。また、座標検出領域の平面形状は、長方形状に限定されるものではなく、三角測量の原理を適用できるならば、任意の平面形状であってよい。
上記別形態の場合、座標検出領域の一辺縁部に2つの光源を配置して光らせたときに、座標検出領域の照度分布を測定し、座標検出領域の周辺に配置された複数の光センサ素子の各受光量を予め求めておく。
図5は、例えば、長方形状の座標検出領域のコーナーの1つにLEDを配置して光らせたときに、座標検出領域の照度分布を測定した結果を示している。この測定に用いたLEDは、半値角55度の出射特性を備えている。図5の縦軸および横軸に付記した数値は、短辺および長辺の長さを表している。なお、LEDの位置座標は、(x,y)=(0,0)となっている。
この測定結果によれば、LEDを中心とする四分円が最高照度の5000lxを示し、その四分円から帯状の円弧が離れていく程、照度が徐々に減衰し、図4のB側短辺に対応する短辺の近くでは、最低照度の500lxになっていることがわかる。
図5はLED1つのときの照度分布を示しているが、もう1つのコーナーにもう一つのLEDを配置し、2個のLEDを点灯して照度分布を測定すれば、図4のA側短辺、B側短辺および長辺における照度分布を求めることができる。この照度分布から、A側短辺、B側短辺および長辺に配列した光センサ素子のそれぞれについて、受光量を定めることができるので、受光量としきい値特性のシフト量との関係を定めることができる。これにより、各光センサ素子のバックゲート電極に印加するリフレッシュ信号の強度を各光センサ素子毎に定めることができる。
ただし、リフレッシュ信号の強度を各光センサ素子毎に定めようとすると、リフレッシュ信号を供給する配線Vshieldの数が多くなり過ぎるので、図8を参照して説明したように、複数の光センサ回路をブロック化し、各ブロック毎に同じ強度のリフレッシュ信号を供給する配線Vshieldを、ブロック毎に設けてもよい。この方が、配線Vshieldの数を減らしながら、光センサ素子と光源との配置関係に依存しない、より高精度の二次元座標検出を可能にする。
本発明について、以下、補足する。
(1)本発明に係る光センサ回路は、上記光を発するように位置を固定された光源との位置関係によって、上記第1の光センサ素子と、上記第2の光センサ素子とは、受光量が互いに異なることを特徴とする。
上記の構成によれば、第1の光センサ素子と第2の光センサ素子とは、受光量が互いに異なるので、しきい値特性が初期特性からシフトする程度が、第1の光センサ素子と第2の光センサ素子とで同じにならない。
したがって、このような現象が、第1の光センサ素子および第2の光センサ素子と光源との位置関係によって、必然的に発生する光センサ回路にとって、本発明の構成は極めて有効である。
(2)本発明に係る光センサ回路では、上記第1の光センサ素子の上記受光量が、上記第2の光センサ素子の上記受光量より大きい場合、上記第1の制御信号の強度が上記第2の制御信号の強度より大きく設定されていることを特徴とする。
上記の構成によれば、受光量の大きい光センサ素子のしきい値特性は、受光量の小さい光センサ素子のしきい値特性に比べて、大きくシフトする。したがって、受光量の大きい第1の光センサ素子に、相対的に強度の大きい第1の制御信号を供給し、受光量の小さい第2の光センサ素子に、相対的に強度の小さい第2の制御信号を供給するので、各光センサ素子のしきい値特性のばらつきを、ばらつきの程度に応じて的確に抑制することができる。
(3)本発明に係る光センサ回路では、上記第1の光センサ素子および上記第2の光センサ素子は、それぞれ、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極およびバックゲート電極を備え、上記ソース電極と上記ゲート電極とが接続された薄膜トランジスタであり、上記第1の配線は、上記第1の光センサ素子のバックゲート電極に接続され、上記第2の配線は、上記第2の光センサ素子のバックゲート電極に接続されていることを特徴とする。
上記の構成において、バックゲート電極とは、薄膜トランジスタのゲート電極に対して活性層を挟んで反対側に形成される電極の総称である。例えば、薄膜トランジスタがトップゲート構造(正スタガ型構造)のときは、バックゲート電極はボトム側、すなわち基板側に形成され、薄膜トランジスタがボトムゲート構造(逆スタガ型構造)のときは、バックゲート電極はトップ側に形成される。
このようなバックゲート電極に、上記制御信号としての電圧を印加すると、薄膜トランジスタのチャネルが変化するので、薄膜トランジスタのしきい値の制御が可能になる。
したがって、上記の構成によれば、薄膜トランジスタを用いた光センサ素子のしきい値特性を初期化する具体的な構成を提供することができる。
(4)本発明に係る二次元座標検出装置では、上記第1の光センサ素子は、上記2つの光源が配置された上記一辺縁部と対向関係にある他の辺縁部に配置され、上記第2の光センサ素子は、上記2つの光源が配置された上記一辺縁部と対向関係にない更に他の辺縁部に配置され、上記第1の光センサ素子に供給される上記第1の制御信号の強度は、上記第2の光センサ素子に供給される上記第2の制御信号の強度より大きいことを特徴とする。
上記の構成によれば、第1の光センサ素子が光源と対向している度合いは、第2の光センサ素子が光源と対向している度合いよりも大きい。このため、第1の光センサ素子の受光量が、第2の光センサ素子の受光量より大きくなるので、第2の光センサ素子より第1の光センサ素子の方が、しきい値特性が大きくシフトする。
そこで、第1の光センサ素子に供給される第1の制御信号の強度を、第2の光センサ素子に供給される第2の制御信号の強度より大きくしたことによって、第1の光センサ素子および第2の光センサ素子の各しきい値特性を、同じ初期特性に近づけることができる。
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、上記実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる他の実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明は、携帯電話、PDA、ノート型またはデスクトップ型のコンピュータ、ATMおよび自動券売機、並びにデジタルサイネージ(電子広告ボード、電子掲示板、電子案内板、電子情報ボードなどを含む)のように、ユーザが表示画面から指示等を入力するためのユーザインタフェースを備えた装置に好適に利用することができる。
2 座標検出領域
3 光源
4a ゲート電極
4d ソース電極
4e ドレイン電極
4g バックゲート電極
11 情報処理装置
40 ラインセンサ(複数の光センサ素子)
41 光センサ素子(第1の光センサ素子)
42 光センサ素子(第2の光センサ素子)
50 光センサ回路
P ポインタ(検出対象物)
shield_A リフレッシュ信号(第1の制御信号)
shield_B リフレッシュ信号(第2の制御信号)
Vshield (第1の配線または第2の配線)
3 光源
4a ゲート電極
4d ソース電極
4e ドレイン電極
4g バックゲート電極
11 情報処理装置
40 ラインセンサ(複数の光センサ素子)
41 光センサ素子(第1の光センサ素子)
42 光センサ素子(第2の光センサ素子)
50 光センサ回路
P ポインタ(検出対象物)
shield_A リフレッシュ信号(第1の制御信号)
shield_B リフレッシュ信号(第2の制御信号)
Vshield (第1の配線または第2の配線)
Claims (8)
- 光が通過する座標検出領域に検出対象物が置かれたときの受光量の変化によって、上記座標検出領域における検出対象物の位置座標を検出する光センサ回路であって、
第1の光センサ素子を備えた第1の光センサ回路と、
第2の光センサ素子を備えた第2の光センサ回路と、
上記第1の光センサ素子の受光感度を決めるしきい値特性を初期化する第1の制御信号が供給される第1の配線と、
上記第2の光センサ素子の受光感度を決めるしきい値特性を初期化する第2の制御信号が、上記第1の制御信号とは独立して供給される第2の配線とを備えたこと
を特徴とする光センサ回路。 - 上記光を発するように位置を固定された光源との位置関係によって、上記第1の光センサ素子と、上記第2の光センサ素子とは、受光量が互いに異なること
を特徴とする請求項1に記載の光センサ回路。 - 上記第1の光センサ素子の上記受光量が、上記第2の光センサ素子の上記受光量より大きい場合、上記第1の制御信号の強度が上記第2の制御信号の強度より大きく設定されていること
を特徴とする請求項2に記載の光センサ回路。 - 上記第1の光センサ素子および上記第2の光センサ素子は、それぞれ、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極およびバックゲート電極を備え、上記ソース電極と上記ゲート電極とが接続された薄膜トランジスタであり、
上記第1の配線は、上記第1の光センサ素子のバックゲート電極に接続され、
上記第2の配線は、上記第2の光センサ素子のバックゲート電極に接続されていること
を特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の光センサ回路。 - 二次元座標と対応付けされる座標検出領域と、
上記座標検出領域の一辺縁部に、所定間隔を置いて配置された2つの光源と、
上記一辺縁部を除いて、上記座標検出領域の周縁部に規則的に配置された複数の光センサ素子とを備え、
上記光センサ素子は、請求項1から4のいずれか1項に記載の上記第1の光センサ回路を構成する上記第1の光センサ素子、および上記第2の光センサ回路を構成する上記第2の光センサ素子を備えていること
を特徴とする二次元座標検出装置。 - 上記第1の光センサ素子は、上記2つの光源が配置された上記一辺縁部と対向関係にある他の辺縁部に配置され、
上記第2の光センサ素子は、上記2つの光源が配置された上記一辺縁部と対向関係にない更に他の辺縁部に配置され、
上記第1の光センサ素子に供給される上記第1の制御信号の強度は、上記第2の光センサ素子に供給される上記第2の制御信号の強度より大きいこと
を特徴とする請求項5に記載の二次元座標検出装置。 - 請求項5または6に記載の二次元座標検出装置を備えたことを特徴とする情報処理装置。
- 光が通過する座標検出領域に検出対象物が置かれたときの受光量の変化によって、上記座標検出領域における検出対象物の位置座標を検出する光センサ回路に備えられた光センサ素子のリフレッシュ駆動方法であって、
上記光を発するように位置を固定された光源との位置関係によって、受光量が互いに異なる、上記光センサ素子としての第1の光センサ素子および第2の光センサ素子に対して、上記受光量の違いに応じて強度の異なる制御信号を印加することによって、第1の光センサ素子および第2の光センサ素子の受光感度を決めるしきい値特性を同じ初期特性に近づけるように初期化すること
を特徴とする光センサ素子のリフレッシュ駆動方法。
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