JP6620588B2 - 画面操作検出装置および画面操作検出プログラム - Google Patents

Description

本発明は画面操作検出装置および画面操作検出プログラムに関する。

特許文献１、２には、光学式タッチパネルディスプレイの複数の光源を間引いて発光させたり、複数の光源の点滅周期を変更する省電力技術が開示されている。このような省電力技術を用いると、それぞれの光源の累積発光時間に差が生ずる。

特開２００６−１１５６８号公報 特開２０１４−２０３３５６号公報

ところで、光学式タッチパネルディスプレイは、光源の累積発光時間が長くなるほどその光源が故障しやすくなり、光源が故障することで光学式タッチパネルディスプレイも故障する。したがって特許文献１、２に開示された省電力技術を用いても、光学式タッチパネルディスプレイの耐用期間は長くならない可能性が高い。

本発明は、光学式タッチパネルディスプレイの耐用期間を延長する技術の提供を目的の一つとする。

（１）上記目的を達成するための画面操作検出装置は、画面にオブジェクトを表示する表示部と、複数の光源と、前記複数の光源から発して前記画面を横切る光を受光する光センサーと、前記複数の光源のそれぞれの累積発光時間の大小関係を特定可能な発光時間情報を記憶する記憶部と、前記発光時間情報に基づいて前記累積発光時間が比較的長い前記光源よりも前記累積発光時間が比較的短い前記光源を長い時間発光させながら、前記光センサーの出力に基づいて前記画面に触れる操作を検出する制御部と、を備える。本発明によると、各光源の累積発光時間の差が小さくなるように複数の光源を制御することにより、耐用期間を延長することができる。

（２）上記目的を達成するための画面操作検出装置において、前記制御部は、前記発光時間情報に基づいて前記累積発光時間が比較的短い前記光源に対応する前記画面の領域を特定領域として設定してもよい。この場合、通常モードよりも消費電力が小さい節電モードにおいて、前記操作を受け付けるための前記オブジェクトを前記特定領域に表示させるとともに、前記特定領域に対応する光源を発光させ前記特定領域に対応しない前記光源を発光させずに前記操作を前記光センサーの出力に基づいて検出してもよい。この構成を採用することにより、省電力モードにおいて光源の累積発光時間の差を小さくすることができる。また省電力モードにおいても画面表示されるオブジェクトに対するユーザーの操作を検出することができる。

（３）上記目的を達成するための画面操作検出装置において、前記制御部は、前記節電モードにおいて、復帰指示を受け付けるための前記オブジェクトを前記特定領域に表示させるとともに、前記復帰指示としての前記操作を検出すると前記節電モードから前記通常モードへ切り換えてもよい。この構成を採用することにより、ユーザーは画面を操作することで省電力モードから通常モードへ切り換えることできる。

尚、請求項に記載された各手段の機能は、構成自体で機能が特定されるハードウェア資源、プログラムにより機能が特定されるハードウェア資源、またはそれらの組み合わせにより実現される。また、これら各手段の機能は、各々が物理的に互いに独立したハードウェア資源で実現されるものに限定されない。さらに、本発明は、画面操作検出プログラムまたはその記録媒体としても成立する。むろん、その記録媒体は、磁気記録媒体であってもよいし光磁気記録媒体であってもよいし、今後開発されるいかなる記録媒体であってもよい。

本発明の実施例にかかる画面操作検出装置のブロック図である。 本発明の第一実施例にかかる画面操作検出装置の光路図である。 本発明の第一実施例にかかる画面操作検出装置の作動を示すフローチャートである。 本発明の第一実施例にかかる画面操作検出装置の作動を示す模式図である。 本発明の第一実施例にかかる累積発光時間偏差の例を示す表である。 本発明の第一実施例にかかる発光パターンを示す光路図である。 本発明の第一実施例にかかる画面操作検出装置の作動を示すフローチャートである。 本発明の第二実施例にかかる画面操作検出装置の作動を示す模式図である。 は本発明の第二実施例にかかる発光パターンを示す光路図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。尚、各図において対応する構成要素には同一の符号が付され、重複する説明は省略される。

１．画面操作検出装置の構成
図１に、本発明の一実施例としての画面操作検出装置１を示す。画面操作検出装置１は、プリンター、スキャナー、ファクシミリなどの操作パネルとして用いたり、ＡＴＭや各種の情報表示装置に用いることができる。図１に示すように画面操作検出装置１は、制御部１０と光学式のタッチパネルディスプレイ２０とを備える。制御部１０は、プロセッサ１１、主記憶装置としてのＲＡＭ１２、外部記憶装置としてのフラッシュメモリ１３および入出力インターフェース１４を備えるコンピューターである。入出力インターフェース１４にはタッチパネルディスプレイ２０が接続される。制御部１０は、フラッシュメモリに記憶された画面操作検出プログラムをＲＡＭ１２にロードしてプロセッサ１１で実行することにより、タッチパネルディスプレイ２０に様々なオブジェクトを表示し、タッチパネルディスプレイ２０の画面に対する操作を検出する。画面操作検出プログラムを実行するとき、制御部１０は発光時間情報としての累積発光時間偏差を記憶する記憶部および制御部として機能する。累積発光時間偏差は、画面操作検出装置１の起動中はＲＡＭ１２に記憶され、画面操作検出装置１の電源オフ時にはＲＡＭ１２からフラッシュメモリ１３に記憶される。電源オン時には、フラッシュメモリ１３からＲＡＭ１２に記憶される。

図２にタッチパネルディスプレイ２０の構成を示す。タッチパネルディスプレイ２０は、矩形の画面を有するフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）２９を備えている。ＦＰＤ２９は、画面を構成する液晶パネルと液晶パネルを駆動する駆動回路とを含む。タッチパネルディスプレイ２０は、複数の光源２１と、光源駆動部２２と、複数の光センサー２３と、出力部２４とを備えている。複数の光源２１（ｎ）（ｎ＝０、１、２、…）は、ＦＰＤ２９の画面の隣り合う２辺の近傍において等間隔に並ぶ。複数の光センサー２３は、ＦＰＤ２９の画面の他の隣り合う２辺の近傍において等間隔に並ぶ。光源駆動部２２は複数の光源２１を個別に発光させる回路である。出力部２４は、複数の光センサー２３のそれぞれの出力を示す検出信号を出力する回路である。

光源２１は、点光源のＬＥＤ（Light Emitted Diode）で構成され、ＦＰＤ２９の画面と水平な方向に光を発する。ここで、ＦＰＤ２９の画面の長辺と平行な方向を画面水平方向といい、ＦＰＤ２９の画面の短辺と平行な方向を画面垂直方向というものとする。画面水平方向に並ぶ光源２１から発した光はＦＰＤ２９の画面上を画面垂直方向に横切り、ＦＰＤ２９の画面を間に挟んで光源２１（ｎ）に向かい合う光センサー２３（ｎ）に入射する。画面垂直方向に並ぶ光源２１（ｎ）から発した光はＦＰＤ２９の画面上を画面水平方向に横切り、ＦＰＤ２９の画面を間に挟んで光源２１（ｎ）に向かい合う光センサー２３（ｎ）に入射する。光源駆動部２２は、複数の光源２１（ｎ）を順に１つずつ発光させる。それぞれの光源２１（ｎ）の発光時間と、複数の光源２１のうちのいずれか１つが発光する周期とは、制御部１０によって制御される。光源２１（ｎ）から光センサー２３までの光路からＦＰＤ２９の画面までの距離は短いほどよく、たとえば０ｍｍ超１ｍｍ以下とする。

光センサー２３は、フォトダイオードなどで構成される。指やペンなどがＦＰＤ２９の画面に触れると、画面を横切る光路を指やペンなどが遮り、遮った光路に対応する光センサー２３（ｎ）の出力が小さくなる。このため制御部１０は、出力部２４から出力される検出信号に基づいて、指やペンなどがＦＰＤ２９の画面に触れた位置と時間を検出することができる。

２．画面操作検出方法（第一実施例）
次に画面操作検出装置１を用いた画面操作検出方法について図３から図５を参照しながら説明する。ここで、指やペンなどがＦＰＤ２９の画面に触れた位置を検出することを、画面操作を検出するというものとする。画面操作を１回検出するためには、図３に示す３つの処理Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３が必要である。尚、図３は、画面操作を１回検出するために必要な処理Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を説明順に示しており、実際の処理順序を示すものではない。

まず制御部１０は、光源２１を所定の順序で所定の時間ずつ発光させながら、各光センサー２３の出力を示す検出信号に基づいて画面操作を１回検出する（Ｓ１）。複数の光源２１のどれをどのような順序でどのくらいの時間ずつ発光させて画面操作を１回検出するかは、画面操作を検出する時間分解能と空間分解能によって決まる。画面操作を１回検出するために複数の光源２１のどれをどのような順序で発光させるかは、後述するように発光パターンを設定することによって定める。尚、発光パターンの初期設定としては、空間分解能に応じて自然数αを定め、ｎ＝αｋ（ｋ＝０，１、２、…）を満たす光源２１（ｎ）が発光するように定め、発光順をｋの順序にすればよい。光源２１（ｎ）を順次点滅させる周期は、一定でも良いし、画面操作の動きの速さに応じて設定しても良い。光源２１（ｎ）を順次点滅させる周期を一定とする場合には、時間分解能は空間分解能に反比例することになる。画面操作を検出する時間分解能と空間分解能に応じて光源２１の発光を制御すると、図４Ａに示すように複数の光源２１のそれぞれの累積発光時間に差が生ずる。図４Ａにおいて光源２１を示す矩形に記した数字は、各光源２１の識別子ｎの例示である。

制御部１０は、光源２１を発光させる度に、光源２１（ｎ）毎に、今回の発光時間ｔ（ｎ）に基づいて累積発光時間偏差を更新する（Ｓ２）。光源２１（ｎ）の発光時間ｔ（ｎ）は、画面操作を１回検出するために光源２１（ｎ）が発光した時間である。本実施例では、画面操作の時間分解能および空間分解能に関わらず、１回の発光時間を一定とする。したがって累積発光時間偏差は、１回の発光時間を１単位として導出される。本実施例において累積発光時間偏差は累積発光回数偏差と同義である。累積発光時間偏差Ｔ（ｎ）は、累積発光時間の平均値と光源２１（ｎ）の累積発光時間の差であって、累積発光時間の大小関係を示す発光時間情報である。累積発光時間を記憶するかわりに累積発光時間偏差を記憶することにより、発光時間情報を記憶するために必要なＲＡＭ１２とフラッシュメモリ１３の容量を低減することができる。

制御部１０は、空間分解能と累積発光時間偏差とに基づいて発光パターンを設定する（Ｓ３）。ここで、発光させる光源２１の識別子ｎを表すための変数ｋ（ｋ＝０、１、…）と、発光パターンを定めるαとβ（β＝０、１、２、…α−１）とを定義し、ｎ＝αｋ＋βとする。αは画面操作を検出する空間分解能によって決まる自然数の定数である。空間分解能が最高の場合にαは１となり、空間分解能が下がるとともにαは大きくなる。βは累積発光時間偏差によって決まる定数であって、次式を満たす光源（ｎ）のうち、累積発光時間偏差が最も小さい光源が発光するようにｋ毎に定める。
αｋ≦ｎ≦α（ｋ＋１）−１

尚、αが１の場合、ｋの値に関わらずβは０に設定される。このようにβを定めることにより、制御部１０は、αを２以上に設定する場合には、累積発光時間が比較的長い光源２１を発光させず、累積発光時間が比較的短い光源２１を発光させて１回の画面操作を検出することになる。

例えば光源２１（ｎ）（０≦ｎ≦１１）の累積発光時間偏差が図４Ｂに示すように記憶されていて、α＝２の場合、βの値はｋ＝０、１、４、５について０、ｋ＝２、３について１となる。図４Ｃは、発光パターンがこのように設定された場合に、画面操作を１回検出するときに発光する光源２１（ｎ）の光路を示している。

尚、制御部１０は予め決められたタイミングで発光パターンを設定すればよい。たとえば画面操作を１回検出する度に発光パターンを設定しても良い。また、画面操作の時間分解能および空間分解能を設定する度に発光パターンを設定しても良い。また、画面操作検出装置１の起動毎に発光パターンを設定しても良い。また、一定時間毎や累積発光時間偏差の最大値と最小値の差が閾値を越える度に発光パターンを設定しても良い。このようにして発光パターンを設定すると、画面操作を検出する空間解像度が最大値よりも低く設定されている場合には、累積発光時間が比較的長い光源２１を発光させず、累積発光時間が比較的短い光源２１だけを発光させながら、光センサー２３の出力に基づいて画面に触れる操作を周期的に制御部１０によって検出することができる。このように、各光源２１（ｎ）の累積発光時間の差が小さくなるように複数の光源２１を制御することにより、画面操作検出装置１の耐用期間を延長することができる。

３．画面操作検出方法（第二実施例）
次に画面操作検出装置１の節電モードにおける画面操作検出方法について図５および図６を参照しながら説明する。画面操作検出装置１の節電モードでは、特定領域だけで画面操作を検出すれば通常モードに復帰できるように光源２１とＦＰＤ２９が制御部１０によって制御される。特定領域とは、図６Ｂに示すような復帰のための画面操作を受け付けるためのオブジェクトＤがＦＰＤ２９が画面に表示される矩形領域である。特定領域は、２つの光源２１の識別子ｎ_ｘ、ｎ_ｙを座標値とする１つの頂点によって表される。特定領域の画面水平方向の幅はオブジェクトＤの画面水平方向の幅とほぼ等しく設定される。特定領域の画面垂直方向の高さはオブジェクトＤの画面垂直方向の高さとほぼ等しく設定される。このような特定領域は、各光源２１の累積発光時間偏差に基づいて制御部１０によって設定される。

図５に示すフローチャートは、特定領域を設定する処理の流れを示している。特定領域設定処理は、画面操作検出装置１が通常モードから節電モードに遷移するときに画面水平方向と画面垂直方向のそれぞれについて制御部１０によって実行される。通常モードから節電モードへは、ユーザーの指示に応じて遷移させても良いし、あらかじめ決められた時間を超えて画面操作が検出されない場合に通常モードから節電モードへ遷移させても良い。いずれにしても、通常モードから節電モードに遷移する度に特定領域を設定すればよい。以下、画面水平方向において特定領域を設定する場合を例にして具体的について説明する。

制御部１０は、はじめに注目領域、候補領域および最短時間を初期化する（ステップＳ２１）。注目領域とは、特定領域としてふさわしい領域であるか否かを判定する対象の領域である。したがって注目領域の画面水平方向の幅は特定領域の画面水平方向の幅に等しい。また、注目領域の画面垂直方向の高さは特定領域の画面垂直方向の高さに等しい。そして注目領域は２つの光源２１の識別子ｎを座標値とする１つの頂点によって表される。注目領域の初期値は画面端に定めればよい。候補領域は、特定領域としてふさわしい領域と暫定的に判定された領域である。候補領域の初期値には、例えば前回設定された特定領域を設定すればよい。最短時間は、注目領域内の累積発光時間偏差の和の最小値を代入するための変数である。最短時間の初期値には、全ての光源２１の累積発光時間の平均値に対応する０を代入しておけばよい。

次に制御部１０は、注目領域が既に設定されている特定領域であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。注目領域が特定領域である場合、制御部１０は注目領域を画面水平方向に１移動させ（ステップＳ２５）、注目領域が画面端に達したか否かを判定する（Ｓ２６）。

注目領域が特定領域でない場合、制御部１０は注目領域に対応する光源２１の累積発光時間偏差の和が最短時間未満か否かを判定する（ステップＳ２３）。注目領域に対応する光源２１は注目領域を光路が横切る光源２１である。たとえば図６Ｂに示すように特定領域の画面水平方向の幅が４、特定領域の画面垂直方向の高さが２である場合、画面水平方向に連続して並ぶ４つの光源２１と、画面垂直方向に連続して並ぶ２つの光源２１との累積発光時間偏差の和が注目領域の累積発光時間偏差の和として導出される。

注目領域の累積発光時間偏差の和が最短時間未満でない場合、制御部１０は注目領域を画面水平方向に１移動させ（ステップＳ２５）、注目領域が画面端に達したか否かを判定する（ステップＳ２６）。

注目領域の累積発光時間偏差の和が最短時間未満である場合、制御部１０は、最短時間に注目領域の累積発光時間偏差の和を代入するとともに、候補領域の座標に注目領域の座標を代入する（ステップＳ２４）。これにより、注目領域が移動した範囲内で累積発光時間偏差の和が最も小さい注目領域の累積発光時間偏差の和が最短時間として記憶され、その注目領域が候補領域として記憶されることになる。続いて制御部１０は注目領域を画面水平方向に１移動させ（ステップＳ２５）、注目領域が画面端に達したか否かを判定する（ステップＳ２６）。

制御部１０は注目領域がＦＤ２９の画面端に達するまで上述したステップＳ２２からステップＳ２６の処理を繰り返す。注目領域がＦＰＤ２９の画面端に達すると、制御部１０は候補領域の座標を特定領域の座標として設定する。

ここまで説明したように画面水平方向において特定領域を設定すると、制御部１０は画面垂直方向においても同様に特定領域を設定する。画面垂直方向において特定領域を設定する場合、制御部１０はステップＳ５において注目領域を画面垂直方向に１移動させる。画面水平方向および画面垂直方向において特定領域の座標が設定されると、制御部１０は、節電モードにおける画面操作検出処理を開始する。

節電モードの画面操作検出処理において、制御部１０は、ＦＰＤ２９の画面の特定領域に復帰指示としての画面操作を受け付けるためのオブジェクトＤを表示させるとともに、特定領域を光路が横切る光源２１を周期的に発光させ、特定領域を光路が横切らない光源２１を発光させずに復帰指示を、発光させた光源２１の光を検知する光センサー２３の出力に基づいて検出する。ここで、２つの光源２１の識別子ｎ_ｘ、ｎ_ｙによって示される座標（ｎ_ｘ、ｎ_ｙ）は、ＦＰＤ２９の座標（ｘ、ｙ）に線形変換可能である。したがって制御部１０は、２つの光源２１の識別子によって示される座標（ｎ_ｘ、ｎ_ｙ）に基づいてオブジェクトＤを表示する領域の座標を導出することができる。

例えば図６Ａに示すように光源２１（ｎ）の累積発光時間偏差が記憶されているときに節電モードに遷移すると、制御部１０は、図６Ｂに示すようにオブジェクトＤをＦＰＤ２９によって表示させるとともに、光源２１（４）、光源２１（５）、光源２１（６）、光源２１（７）、光源２１（１０）、光源２１（１１）だけを周期的に発光させる。そして制御部１０は、オブジェクトＤが表示される特定領域を横切る光路を指などで遮る画面操作があると、光センサー２３の検出信号から受光量が減少したことわかる。よって、発光させた光源２１の光を検知する光センサー２３の受光量の減少に基づいて、その画面操作を復帰指示として検出する。制御部１０は、復帰指示を検出すると節電モードから通常モードへ切り換える。

このように画面操作検出装置１は、節電モードでは、特定領域を光路が横切る光源２１だけを周期的に発光させるため、通常モードよりも消費電力を低減することができる。そして復帰指示を受け付けるためのオブジェクトＤをＦＰＤ２９の特定領域に表示するため、特定領域を光路が横切らない光源２１を発光させなくても復帰指示を受け付けることができる。さらに節電モードに遷移する度に、累積発光時間偏差の和が最も小さくなる領域を特定領域として設定するため、光源２１の累積発光時間の偏差を小さく抑えることができる。その結果、画面操作検出装置１の耐用時間を長くすることができる。尚、特定領域の設定は、一定の時間周期で行うようにしてもよいし、累積発光時間偏差の最大値と最小値の差が閾値を越える度に行うようにしてもよい。

４．他の実施形態
尚、本発明の技術的範囲は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば節電モードにおいて、特定領域を光路が横切る全ての光源２１を発光させる代わりに、特定領域を光路が横切る光源２１をとびとびに発光させても良い。具体的には例えば、特定領域を光路が横切らない全ての光源２１を発光させずに特定領域内において第一実施例の画面操作検出処理を実施しても良い。
もちろん、累積発光時間偏差ではなく、累積発光時間そのものを記憶するようにしてもよいし、累積発光時間が最大や最小のものからの差分を記憶するようにしてもよい。

また複数の光源をグループに分け、グループ単位で累積発光時間の大小関係を特定可能な累積発光時間情報を記憶し、各グループの累積発光時間の差が小さくなるようにグループ毎に光源の発光を制御しても良い。例えば識別子ｎが３α（αは自然数）である光源２１（ｎ）からなる第一グループと、識別子ｎが３α＋１である光源２１（ｎ）の第二グループと、識別子ｎが３α＋２である光源２１（ｎ）の第三グループに分け、各グループについて、グループに属する光源の累積発光時間の和の偏差を累積発光時間情報として記憶する。そしてこのような累積発光時間情報に基づいて、いずれかのグループのみを発光させて画面操作を検出してもよい。また例えば、このようなグループ分けを画面操作の空間解像度および時間解像度に応じて設定してもよいし、特定領域の寸法に相当する数の光源が１グループになるようにグループ分けをしてもよい。

また、１回の画面操作を検出するために設定される各光源の発光時間は、空間分解能と時間分解能とに応じて変更しても良い。この場合、発光時間や累積発光時間偏差は、発光回数ではなく、実時間の一次関数で表せばよい。実時間の一次関数としてはクロック数などを用いることができる。

また、光源と光センサーとは１対１に対応していなくても良い。例えば光源の数よりも光センサーの数の方が多くても良い。光源はＬＥＤ以外の光源でもよい。また、特定領域を複数設定することも可能である。復帰指示以外の操作を受け付けるためのオブジェクトを特定領域に表示しても良い。また、表示部はフラットパネルディスプレイに限らず、例えばプロジェクターを表示部として用いても良い。

１…画面操作検出装置、１１…プロセッサ、１２…ＲＡＭ、１３…フラッシュメモリ、１４…入出力インターフェース、２０…タッチパネルディスプレイ、２１…光源、２２…光源駆動部、２３…光センサー、２４…出力部、Ｄ…オブジェクト

Claims (3)

1. 画面にオブジェクトを表示する表示部と、
   複数の光源と、
   前記複数の光源から発して前記画面上を横切る光を受光する光センサーと、
   前記複数の光源のそれぞれの累積発光時間の大小関係を特定可能な発光時間情報を記憶する記憶部と、
   前記発光時間情報に基づいて前記累積発光時間が比較的短い前記光源に対応する前記画面の領域を特定領域として設定し、通常モードよりも消費電力が小さい節電モードにおいて、前記画面に触れる操作を受け付けるための前記オブジェクトを前記特定領域に表示させるとともに、前記特定領域に対応する光源を発光させ前記特定領域に対応しない前記光源を発光させずに前記操作を前記光センサーの出力に基づいて検出する制御部と、
   を備える画面操作検出装置。
2. 前記制御部は、前記節電モードにおいて、復帰指示を受け付けるための前記オブジェクトを前記特定領域に表示させるとともに、前記復帰指示としての前記操作を検出すると前記節電モードから前記通常モードへ切り換える、
   請求項１に記載の画面操作検出装置。
3. 画面にオブジェクトを表示する表示部と、
   複数の光源と、
   前記複数の光源から発して前記画面上を横切る光を受光する光センサーと、
   に接続されたコンピューターを、
   前記複数の光源のそれぞれの累積発光時間の大小関係を特定可能な発光時間情報を記憶する記憶部と、
   前記発光時間情報に基づいて前記累積発光時間が比較的短い前記光源に対応する前記画面の領域を特定領域として設定し、通常モードよりも消費電力が小さい節電モードにおいて、前記画面に触れる操作を受け付けるための前記オブジェクトを前記特定領域に表示させるとともに、前記特定領域に対応する光源を発光させ前記特定領域に対応しない前記光源を発光させずに前記操作を前記光センサーの出力に基づいて検出する制御部と、
   として機能させる画面操作検出プログラム。

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