JPH11119910A

JPH11119910A - 入出力装置

Info

Publication number: JPH11119910A
Application number: JP28161697A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Amegai; 孝行雨貝
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-10-15
Filing date: 1997-10-15
Publication date: 1999-04-30

Abstract

(57)【要約】【課題】任意の位置を検出し、それに応じた入力等を
行う入出力装置において、表示画面を非タッチ式にて位
置入力を行えるようにする。【解決手段】表示画面の任意の位置を操作すること
で、その位置を検出し、それに応じた入出力処理を行う
入出力装置において、表示画面側から入力用ライトペン
１１にて任意の位置を光照射１２し、その照射位置を表
示装置と一体的に設けた多数のマトリクス配列された光
電変換素子にて受光させ、光電変換素子の出力状態に応
じて位置検出を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像表示装置上の
任意の操作位置（ポインティング位置）を検出する装置
において、特に光を用いて任意のポインティング位置を
検出することで、それに応じた入出力を行うようにした
入出力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、液晶表示装置の表示画面上を入力
用ペン等でタッチ操作することで、その位置を特定し、
その位置での項目等の情報入力を可能にするタッチパネ
ルが広く利用されるようになった。

【０００３】従来のタッチパネルとしては、例えば特開
平８−１０１７４６号公報に開示されたものがある。こ
の公報記載のタッチパネルは、液晶画面の位置の検出を
入力用ペンを用いて行うようにしたものが開示されてい
る。これは、入力用ペンを任意の位置にタッチ操作する
ことで、その位置検出を行い、該位置に応じた入出力を
行うようにしている。

【０００４】また、上述した公報に記載の液晶タッチパ
ネルにおいて、表示画面の保護を行うようにするため
に、保護パネルのようなものを用いて保護する技術が、
特開平８−６２５８９号公報に記載されている。これに
より、画面上を入力用ペンにてタッチ操作を行うように
しても液晶表示装置の表示画面の保護が行える。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来方式の液
晶タッチパネルにおいては、入力用ペンにて直接表示画
面上をタッチ操作するため、表示画面が汚れたり、また
傷ついたりすることがある。この点、保護シートを設け
ることで傷付きや汚れた時に、保護シートを交換するこ
とで対処できる。

【０００６】しかしながら、表示画面上に保護シートを
設けることは非常に煩わしくもあり、保護シートを設け
ることで、傷付きや汚れ等によって表示画面が見にくく
なることがある。

【０００７】また、表示画面上の任意の一点のみを指示
したいとき、例えばクリック動作を行うことが非常に難
しい。例として、現在よく知られているパーソナルコン
ピュータの位置入力装置（ポイティングデバイス）とし
て、マウスを用いたウインドウシステムについて考えて
みる。このシステムにおいては、マウスカーソルは常に
表示画面上に表示されており、このマウスカーソルはマ
ウスの操作に併せて移動し、クリック動作は実際にオペ
レータが目で、マウスカーソルの位置を確認して行うよ
うになっている。

【０００８】このような一連の流れのながでマウスカー
ソルが常に表示画面上に表示されていない状況におい
て、クリック動作を行うには非常に使いにくくなるのは
容易に推測できる。

【０００９】さらに、上述したウインドウシステムなど
では、ポイティングデバイス１つに対して１つの入出力
装置が使われている。そのため、ポイティングデバイス
の数だけ、入出力装置が必要となる。

【００１０】本発明は、上述した従来の問題点を解消す
るために、画像表示装置にポインティングデバイスを直
接タッチすることなく、光により行うことで表示画面上
の任意の位置を操作でき、よって保護シートを設けなく
ても傷や汚れが生じない入出力装置を提供することを目
的とする。

【００１１】また、本発明の目的は、容易に表示画面の
任意の一点を指示できるよにすると同時に、一つの入出
力装置において複数のポイティングデバイスを用いるこ
とを可能にすることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ための本発明による入出力装置は、画像を表示する表示
装置の表示画面上の任意の位置を操作することで、その
操作位置を検出し、該検出した位置に応じた情報の入出
力を行うようにした入出力装置において、上記表示装置
を構成する表示画素と重ならないように光電変換素子を
対応して配列してなり、表示画面上から照射される光を
受光し、該受光した上記光電変換素子の出力状態に応じ
て光照射された位置を検出する手段を設け、該検出手段
にて検出した位置を操作ポイントとして処理する手段を
備えたことを特徴とする。

【００１３】このような構成においては、光による任意
の位置を照射することで、該位置検出が行われる。つま
り、光照射された位置の光電変換素子からの出力信号に
より、光照射位置、つまり操作ポイントを検出でき、そ
れに応じた入出力が可能となる。そのため、表示画面が
タッチ操作等にて汚れたり傷ついたりすることはなくな
る。よって、表示装置の表示面に保護シートを設けなく
ても、傷付きや汚れが生じることはない。そして、保護
シートを設けても傷付き等がなくなるため、表示が見に
くくなることもない。

【００１４】上述した構成による入出力装置において、
上記表示装置の表示画面上から光照射するために、任意
に光照射を行うことができる入力用のライトペンを備
え、該ライトペンにて光照射又は消灯を行えるスイッチ
を備えるようにすれば、任意の操作位置で光照射を行う
ためにスイッチを操作することで、簡単に位置入力を行
える。また、この場合、ライトペンにおいては、入出力
装置本体と信号線を介して接続する必要がなくなるた
め、信号線にて邪魔されることなく、非常に操作性に優
れた入出力装置を得ることができる。

【００１５】また、上述した構成による入出力装置にお
いて、上記ライトペンが同一位置を光照射している時
に、照射状態から非照射状態、そして再度照射状態を検
出することで、そのポイント位置でのクリック動作を簡
単に認識できる。そのため、クリック動作のためにカー
ソル等を常時表示しておく必要もなく、任意の位置での
クリック動作を簡単に行える。

【００１６】さらに、上述した構成による入出力装置に
おいて、上記ライトペンを複数設け、該複数のライトペ
ンに対応して、光照射位置を検出することで、検出した
操作ポイントに応じた処理を行う手段を複数設けこと
で、それぞれに応じた入出力が可能となる。この場合、
複数の入出力装置を設ける必要がなく、装置が大掛かり
になることもない。

【００１７】

【本発明の実施の形態】本発明の一実施形態について図
面を参照に詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態
を説明するための入出力装置を示す図であって、入出力
装置の表示画面上より任意の位置に光照射することで指
示している状態を示している。

【００１８】図１において、１０は画像の出力、つまり
画像表示を行う表示装置を備え、該表示装置にて表示さ
れた画面上の任意の操作位置を検出するようになした入
出力装置である。この入出力装置１０の画像表示面上
を、光学式の入力用のライトペン１１にて光照射１２
し、その光照射１２にて位置指定を行い、この時の位置
検出を行うことで、入出力を行うようにしたものであ
る。

【００１９】特に、入出力装置１０は表示装置、例えば
液晶表示装置に光に応答するエリアセンサを設けて、該
エリアセンサによる光の照射位置を検出することで、指
示位置に応じた入出力を行うようにしている。

【００２０】また、図２には、エリアセンサ及び液晶表
示装置を示すものである。この図２において、１ａａは
先に説明したようにエリアセンサを構成するアモルファ
スシリコンのフォトダイオードであり、１ｂａは液晶表
示装置を構成する表示用の画素電極である。また縦及び
横方向に配列されている１ｂｂは、画素電極１ｂａをマ
トリクス状態に接続するためのリード線である。

【００２１】液晶表示装置においては、周知の通りであ
り一方の基板上に図２に示すような画素電極１ｂａに対
応して、横方向（Ｘ軸方向）の例えば信号入力線（リー
ド線）１ｂｂが、横方向においてそれぞれの画素電極１
ｂａと電気的に接続されており、これと対向するように
もう一方の基板側に、上記画素電極１ｄａと対応関係に
ある画素電極及び、縦方向（Ｙ軸方向）の例えば走査信
号入力用のリード線１ｂｂが形成され、縦方向において
各画素電極が接続されている。この両基板を一定間隔を
隔てるようにスペーサを介して対向配置し、その間に液
晶を充填し、周囲を密閉して液晶表示装置が構成され
る。

【００２２】そして、エリアセンサを構成するフォトダ
イオード１ａａは、上記液晶表示装置を構成する一方の
基板上に、それぞれの画素電極１ｂａに対応し、この画
素電極１ｂａにて画素表示を邪魔しないようにして設け
らている。この場合、上記リード１ｂｂ及び画素電極１
ｂａを形成した上面に積層するように互いに絶縁された
状態でフォトダイオード１ａａが設けられており、この
フォトダイオード１ａａをマトリクス接続するために、
リード線１ｂｂに重なるようにて積層されたリード線
（図３に示すリード線１，２，３・・、Ａ，Ｂ，Ｃ・
・）を設けて構成されている。特にフォトダイオード１
ａａの受光面は、図１において入力用ライトペン（ポイ
ティングデバイス）１１の走査面と対向するように設け
られている。

【００２３】通常、液晶表示装置は、バックライトを備
え、該バックライトからの光を反射シート等を介して反
射し、画素電極１ｂａに応じて光を透過又は遮蔽するこ
とでドット形式で画像表示を行うようにしている。この
場合、バックライトからの光で上記フォトダイオード１
ａａが反応しないようにしている。

【００２４】なお、フォトダイオード１ａａは、上記ラ
イトペン１１と対向する面側の液晶表示装置を構成する
基板表面に設けるようにしてもよい。

【００２５】また図３は、本発明における入力用ライト
ペン１１の光が、エリアセンサを構成する任意の位置の
フォトダイオード１ａａを照射することで、その位置を
検出するための回路構成を示す。この図３において、各
フォトダイオード１ａａは、マトリクス状に接続されて
おり、１５はフォトダイオード１ａａより得られる微小
電流を増幅するためのアンプ、１６は各行方向（横方
向）のフォトダイオード１ａａ群を選択するための切替
えスイッチ、１７はスイッチ１６により選択された行方
向のフォトダイオード１ａａ群から１つのフォトダイオ
ード１ａａを選択するための列方向（縦方向）にバイア
ス電圧を印加する端子（走査用のもの）であり、よって
１，２，３・・に示すリード線の一つにバイアス電圧が
選択的に供給される。また１８は、フォトダイオード１
ａａの微小電流をアンプ１５によって増幅して取り出し
た出力端子である。

【００２６】各フォトダイオード１ａａは、行及び列方
向に配線されたリード線１，２，３・・、Ａ，Ｂ，Ｃ・
・の各交点（この位置ではリード線は電気的に接続され
ていない）に夫々が接続されている。行方向のリード線
Ａ，Ｄ，Ｃ・・の端子は、接地（ＧＮＤ）またはアンプ
１５にそれぞれ選択的に、上述したスイッチ１６を介し
て接続されるようになっている。また、列方向のリード
線１，２，３・・には、時分割的にバイアス電圧が順次
供給されるようになっている。

【００２７】アンプ１５は、スイッチ１６により選択さ
れた行方向のリード線Ａ，Ｂ，Ｃ・・の一つから送られ
てきたフォトダイオード１ａａの微小な電流を増幅し、
出力端子１８に出力する。そして、スイッチ１６によっ
て一つの行方向のリード線を選択している時に、各行方
向の位置を一つずつ選択していくために、列方向のリー
ド線１，２，３・・より順次バイアス電圧が供給され
る。そのため、バイアス電圧が供給されたフォトダイオ
ード１ａａの一つに光が照射されれば、その時点で上記
アンプ１５を介して検出信号が出力端子１８よりＨレベ
ルの信号が出力され、光照射がない場合には、Ｌレベル
の信号を出力する。

【００２８】一例を説明すれば、まず行方向のリード線
Ｂを選択した場合、他の行方向のリード線Ａ，Ｃ・・は
スイッチ１６によりＧＮＤに接続され、リード線Ｂのみ
スイッチ１６によりアンプ１５に接続される。そして、
列方向のリード線１に対してバイアス電圧を供給（他の
リード線２，３・・はオープン状態に）し、該リード線
１を選択する。この時、リード線１とリード線Ｂの交点
に接続されているフォトダイオード１ａａには光が入射
していないため、リード線Ｂには電流が流れない。その
ため、出力端子１８には検出信号が出力されない。つま
り、出力端子１８にはＬレベルの信号が出力される。

【００２９】次に、列方向のリード線２を選択し、該リ
ード線２にバイアス電圧が供給さると、リード線Ｂとの
交点に接続されているフォトダイオード１ａａには、光
が入射しているため、該フォトダイオード１ａａがＯＮ
し、電流がながれる。この電流がアンプ１５を介して増
幅され、検出信号として出力端子１８よりＨレベルの信
号が出力される。このようにして、画面上の光が入力用
ペン１１の操作にて反射されることで、反射した光が上
述したように入射されることで、その位置検出を行え
る。

【００３０】ここで、図２に示すように、液晶表示装置
においては、マトリクス状に配列されたリード線１ｂ
ｂ，１ｂｂに囲まれた領域に表示用画素電極１ｂａを設
けている。これを複数行、複数列配置形成することによ
り任意の画像を表示できる。この表示のための駆動は周
知であり詳細な説明は省略する。

【００３１】そこで、液晶表示装置にて多数の入力項目
における入力画面を表示されている時に、その入力項目
の画面を入力用ライトペン１１にて光照射すると、その
入力項目の情報入力を行える。これも、入力用ライトペ
ン１１にて任意の位置を光照射することで、その位置の
フォトダイオード１ａａに入射され、位置検出が行わ
れ、その位置に表示された項目の入力を行える。

【００３２】なお、位置検出のためにアモルファスシリ
コンによるフォトダイオード１ａａとして説明したが、
これに限ったことはなく光を検出するものであればよ
い。つまり光を電気信号に変換できる素子であればよ
い。例えば、太陽電池等も利用可能である。

【００３３】また、表示装置として液晶表示装置を用い
て説明したが、その他にもＣＲＴ等の表示装置を用いて
任意の位置を光照射により検出することができる。つま
りＣＲＴの表示表面に、上述したように光電変換素子を
例えばマトリクス状に設けエリアセンサを設け、そのエ
リアセンサ上面より適度の厚さの透明保護部材を積層す
るようにしてもよい。そのため、ＣＲＴの表示に従っ
て、入力用ライトペン１１にて任意の位置を光走査する
ことで、その位置の光電変換素子より出力される信号検
出を図３に示す回路によって簡単に検出できる。

【００３４】次に本発明におけるポイティングデバイス
である入力用のライトペン１１について詳細に説明す
る。この入力用のライトペン１１は、任意に点灯及び消
灯するような懐中電灯等の構成でよく、光をピンポイン
ト式に表示画面上に照射できるものであっればより好適
である。そのため、発光素子としては光の指向性がよい
ものを用いて、この発光素子を任意に点灯又は消灯でき
るようにスイッチ等がライトペン１１に設けられてい
る。

【００３５】そして、図４に本発明のポイティングデバ
イスある入力用のライトペン１１の指示に従って、表示
装置上の任意の指示点、つまり光照射点を検出し、それ
に応じて入出力を行うシステム構成、つまりブロック図
を示している。また、図５は図４における制御手順を示
すフローチャートである。

【００３６】図４において、入力用のライトペン１１か
らの光は、入出力装置１０を構成する表示装置２０に照
射される。この照射された点は、入出力装置を構成する
図３に示すような検出回路により検出され、その検出位
置の情報が制御装置（ＣＰＵ）２１に入力される。ま
た、制御装置２１は、例えば位置情報に応じた入出力処
理を行う処理手段であって、さらに上記表示装置２０に
所定の表示を行わせるために、表示画像データを画面表
示メモリ２２に書き込み（記憶させ）、画像メモリ２２
の画像データを入出力装置１０を構成する表示装置２０
に表示される。この表示は、表示駆動回路を介して表示
が行われる。

【００３７】次に、本発明の入出力装置の入出力制御動
作を図５を参照して説明すれば、図１に示すように入出
力装置１０の任意の位置を入力用のライトペン１１にて
光照射１２にする（５０１）。その光照射１２の位置に
ついては、図３に示すようにリード線１，２，３・・に
順次バイアス電圧を供給し、その時のスイッチ１６の切
換制御において、フォトダイオード１ａａが光を受けて
出力される時（５０２）にアンプ１５を介してＨレベル
の信号を出力（５０３）する。このフォトダイオード１
ａａの位置は、上述したようにスイッチ１６によるリー
ド線Ａ，Ｂ，Ｃ・・の走査及びリード線１，２，３・・
の走査により一義的に決まる。この位置情報が制御装置
２１に入力される（５０４）。

【００３８】上述したようにして入力用のライトペン１
１にて任意の表示画面上の一点を照射すれば、その照射
ポイントが検出され、その位置情報が制御装置２１に入
力される。制御装置２１では、その位置に応じた画像メ
モリ２２に記憶されている表示内容、例えば入力項目等
の入力処理を行う一方、表示状態を変更する場合には、
その変更に応じた画像データを記憶メモリ２２に記憶さ
せるためにメモリ制御（５０５）を行い、そのメモリに
記憶された内容が入出力装置１０の表示装置２０に表示
される。

【００３９】以後、同様の動作を繰り返し、入力用のラ
イトペン１１にて任意の位置に光照射１２することで、
その位置での入出力が制御される。

【００４０】（他の実施形態）以上は、単に任意の位置
をライトペン１２に光照射することで、その位置での入
出力制御を行うようにしたものである。以下に表示画面
上ので任意の一点のクリック動作による入出力制御につ
いて説明する。

【００４１】ここで、任意の一点のクリック動作におい
ては、任意の一点で、光のオン（照射）→オフ（消灯）
→オン（照射）が行われた時にクリックを行ったことを
認識するようにしている。そのため、入力用のライトペ
ン１１には、発光素子をオン又はオフするスイッチ１３
を有しており、任意の一点を照射するためにスイッチ１
３をオンし、その点でオフし、オン操作する。ただし、
光が点Ａ→点Ｂ→点Ａなどのように、光の移動によって
実質的に点Ａでの光のオン→オフ→オンの状態を検出し
ても、クリック動作として認識しない。

【００４２】図４に示した制御装置２１の制御を図６に
示す制御手順に従って、クリック動作の制御動作を説明
する。

【００４３】そこで、図１において任意の点を入力用ラ
イトペン１１にて光照射１２し、その位置が図３に示す
回路にて検出（６１０）される。もし、ライトペン１１
にて光照射をエリアセンサにて検出できなければ、入力
用ライトペン１１のオフフラブ（ＯＦ）を“１”にする
（６１１）。もし、位置検出が行われていれば、その位
置情報を上述したように制御装置２１に入力する。

【００４４】位置情報を入力すれば、制御装置２１側で
は、前回検出されたポイント位置を設定（６１２）し、
そして今回の上述した位置を検出ポイント位置として設
定（６１３）する。そして、前回検出されたポイント位
置と今回検出されたポイント位置とを比較した結果が同
一で、かつオフフラブ（ＯＦ）が“１”であることを確
認すれば、この時点でクリック動作として、クリック処
理（６１５）が実行される。

【００４５】また、前回と今回のポイント位置が同一で
あっても、光の移動によるような場合には、ステップ６
１１にてオフフラブが“１”に設定されることはなく、
よってステップ６１６にてオフフラブを“０”にし、ク
リック動作を認識することはない。

【００４６】従って、上述したようにオフフラブが
“１”に設定されていない以上、いくら今回及び前回の
光照射ポイントが同一であっても、クリック動作を認識
することはなく、入力用ライトペン１１を任意の位置で
オン→オフし、オフフラブを“１”に設定した後、ライ
トペン１１をオンすることで初めてクリック動作を認識
する。これによりクリック動作においても、確実に入力
を行うことができると同時に、入力用ライトペンを任意
の位置でオン→オフ→オンの簡単な操作により行える。
この時、ライトペン１１は入出力装置１０の表示装置２
０の表示画面に接触することがないため、汚れや傷付き
等が生じることがなくなる。

【００４７】また、上述した入出力装置においては、ポ
インティングデバイスである入力用のライトペン１１か
らの光照射によって、位置検出を行っている。即ち、入
出力装置１０と、ポインティングデバイス１１が物理
的、かつ電気的に接続される必要がないため、１つの入
出力装置１０に対して、複数のポインティングデバイス
１１を用いて、任意の光照射位置を容易に検出できる。
具体的には、ポインティングデバイス１１の数に対応し
て、並列処理できる処理手段である制御装置（ＣＰＵ）
２１を用いることで簡単に行える。

【００４８】

【発明の効果】本発明の入出力装置によれば、表示装置
に光に対して反応する光電変換素子を設け、光照射の位
置を検出するものであるから、表示画面を直接タッチす
ることはなく、表示画面に汚れや傷が付くことはない。
またオペレータと入出力装置が離れていても、任意の位
置入力を行える。しかも、光の照射又は非照射をスイッ
チを設けて行えるため、その操作が簡単になると同時
に、入出力装置との電気的な接続線が不要であるため、
操作性も非常によくなる。

【００４９】また、光照射の状態に応じてポイント位置
の状態を検出可能であり、例えばクリック動作等の認識
やその操作を検出できる。

【００５０】さらに、複数のポインティングデバイスに
よる任意の複数のポイント位置を容易に検出でき、それ
に対処できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を説明するための入出力装
置を用いて任意の位置を光照射により操作している状態
を示す斜視図である。

【図２】本発明の入出力装置を構成するエリアセンサと
液晶表示装置の光電変換素子及び表示画素電極の配置状
態の一例を示す図である。

【図３】本発明により光照射による位置検出を行うため
の回路図である。

【図４】本発明の入出力装置におけるシステム構成のブ
ロック図である。

【図５】図４に示すブロック図において、本発明の一実
施形態によるポイント位置を検出するため制御手順を示
す図である。

【図６】図４に示すブロック図において、本発明の他の
実施形態によるポイント位置でのクリック動作の認識す
るための制御手順を示す図である。

【符号の説明】

１，２，３・・リード線（位置検出用）１０入出力装置１１入力用ライトペン１２光照射位置１３スイッチ（光照射のためのスイッチ）１５アンプ（増幅器）１６切替えスイッチ１８出力端子２０表示装置２１制御装置（処理手段）２２画像メモリＡ，Ｂ，Ｃ・・リード線（位置検出用）１ａａフォトダイオード（光電変換素子）１ｂａ表示画素電極１ｂｂリード線（液晶表示用）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像を表示する表示装置の表示画面上の
任意の位置を操作することで、その操作位置を検出し、
該検出した位置に応じた情報の入出力を行うようにした
入出力装置において、上記表示装置を構成する表示画素と重ならないように光
電変換素子を対応して配列してなり、表示画面上から照
射される光を受光し、該受光した上記光電変換素子の出
力状態に応じて光照射された位置を検出する手段を設
け、該検出手段にて検出した位置を操作ポイントとして
処理する手段を備えたことを特徴とする入出力装置。
【請求項２】上記表示装置の表示画面上から光照射す
るために、任意に光照射を行うことができる入力用のラ
イトペンを備えており、該ライトペンにて光照射又は消
灯を行えるスイッチを備えたことを特徴とする請求項１
記載の入力用装置。
【請求項３】上記ライトペンが同一位置を光照射して
いる時に、照射状態から非照射状態、そして再度照射状
態を検出することで、そのポイント位置でのクリック動
作を認識するようにしたことを特徴とする請求項２記載
の入力用装置。
【請求項４】上記ライトペンを複数設け、該複数のラ
イトペンに対応して、光照射位置を検出することで、検
出した操作ポイントに応じた処理を行う手段を複数設け
たことを特徴とする請求項１記載の入力用装置。