(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリクス状に配列される複数の光電池を備え、原稿に密着して原稿上の情報を読み取るセンサーパネルと、
上記センサーパネルに積層され、前記センサーパネルが読み取った情報を再現して表示する表示パネルとを備える情報読込装置において、
上記センサーパネルと表示パネルとを挟持し、上記原稿上の情報を読み取る際に伸縮して原稿にセンサーパネルを押すことで、上記原稿のしわを伸ばす微動部を備えることを特徴とする情報読込装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、文字、図形等の情報が書かれた原稿等の読み込む情報読込装置に係り、特には情報携帯端末機器などとして用いられるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
原稿に光を照射する光源と、素子が直列に配列され光源からの光を受光して電気信号に変換する光電変換器と、この光電変換器と原稿との相対位置を直交する方向に移動させる走査手段と、この光電変換器の出力電気信号を直列信号として送出するデータ処理部とを備えた情報読込装置として、感光要素部材として光電池を用いたものが知られている。
【０００３】
そのような情報読込装置に係る技術を本出願人は先に提案している（特願平８−１３４６５８号）。この技術内容について図１６を用いて説明する。
【０００４】
図示するように、光電池４５はセンサーパネル２上に形成される。センサーパネル２は、透明基板４３上にストライプ状の第１電極４１、アモルファスシリコン層４０、ストライプ状の第２電極４２の順に積層されることで形成され、光電池４５の形成部は第１電極４１及び第２電極４２の交差部分にアモルファスシリコン層４０が形成された箇所である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
小型で薄型の液晶表示パネルを応用して２次元読込センサーと重ね組み合わせるには、光源の限られた光をいかに有効に利用するかが課題となる。これは情報表示の液晶表示パネルと情報読み込みのセンサーはいずれも光を利用していることによる。
【０００６】
光が透過しにくく、光量が微弱になると、原稿からの光の反射光はその照度が小さくなり、センサーパネルからの検出信号は弱くなる。また、液晶表示パネルのバックライトとしての輝度を確保できず、見にくくなる課題がある。
【０００７】
また受光素子は、情報等の表示機能素子の数に対応した受光素子を形成していくことから非常に受光面積の小さい素子となり、光を受けて出力する信号がどうしても小さくなる。したがって、構造上、避けられない微小の出力信号をいかにノイズのない状態で、大きく、出力させるかが課題である。特に、受光素子にとって光量の減少は出力信号の減少であり、いかに光をうまく利用するかが課題となってくる。
【０００８】
さらには、携帯機器として、また０Ａ機器の読込機能のインターフェースとして、読み込みに使用する消費電力をいかに少なく、また小さく薄くするかが大きな課題になっている。
【０００９】
図１６に開示する技術では、受光部分において、透明基板４３上にさらに第１及び第２電極４１、４２が大きなスペースを占めて形成されるので受光効率が良いものとはいえなかった。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決し、表示機能を備えたパネルと、読み取り機能を備えたパネルの２枚を積層する情報読込装置を提供するものである。
【００１１】
特に、小型・薄型で読み込み情報をその場で見ることができる、例えばミラーに原稿情報が写し出されるような感覚の表示機能付きの情報読込装置を提供することを目的としている。
【００１２】
また、非常に多く出回っている液晶表示が可能なパネルをそのまま利用して、さらに読み込みが可能な低消費電力の情報読込装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の情報読込装置は、マトリクス状に配列される複数の光電池を備え、原稿に密着して原稿上の情報を読み取るセンサーパネルと、上記センサーパネルに積層され、前記センサーパネルが読み取った情報を再現して表示する表示パネルとを備える情報読込装置において、上記センサーパネルと表示パネルとを挟持し、上記原稿上の情報を読み取る際に伸縮して原稿にセンサーパネルを押すことで、上記原稿のしわを伸ばす微動部を備えることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る情報読込装置について、図面を用いて説明する。本願の特徴技術はセンサーパネル及び液晶表示パネルの構成に係る部分であり、この部分について特に詳述する。その他の構成については特願平８−１３４６５８号で言及されているものと同一であるので、ここでは省略する。
【００１７】
［実施の形態１］
本願の情報読込装置におけるセンサーパネル及び液晶表示パネルの位置関係の説明図を図１に示す。同図（ａ）は上面から見た図、同図（ｂ）は斜視方向から見た図である。
【００１８】
従来構成と異なる点は、ストライプ形状の第１電極４１及び第２電極４２が画素電極１０の光通過部を妨害しないような形状に構成されて透明基板４３上に配置されていることである。
【００１９】
すなわち、光電池４５の表面積はＴＦＴ１１の表面積とほぼ同一であり、光電池４５とＴＦＴ１１はお互いに重なるような位置になるように配置され、上記光電池４５形成部以外の部分、つまり液晶表示パネル４における画素電極１０が位置する部分に形成される前記第１及び第２電極４１、４２は、その線幅が上記光電池４５形成部に形成されるものよりも狭小化したものとなっている。
【００２０】
このことをさらに光電池４５形成部の拡大図である図２を用いて説明する。光電池４５は画素１０の妨げにならない範囲で同図（ａ）や同図（ｂ）のように形成される。
【００２１】
この結果、透明基板上において第１及び第２電極部４１、４２の占めるスペースを大きく減少することができ、この結果、受光効率に優れた情報読込部を実現することができる。
【００２２】
［実施の形態２］
センサーパネルでは光電池は複数個形成されるが、形成される個々の光電池はその特性にバラツキが存在する。
【００２３】
光電池の特性を図３に示す。当該図面は光の照度による出力信号の変化を示したものである。このことから当該出力信号を制御するには光源の光を制御すればよいことがわかる。
【００２４】
光源の光は画素１０を通過して原稿に向かって放射される。ここでの光源の光を変化させると原稿に到達する光の量が変化する。
【００２５】
つまり、通過する光量を制御することで表示用の画素の内部液晶をシャッターとして制御することで原稿への光量を制御する。液晶表示パネルを、光源からの光をそのまま通過するように制御すれば、センサーパネルからの出力は増加し、液晶表示パネルの表示が暗くなるように制御すれば、センサーパネルからの出力は減少するのである。
【００２６】
また、液晶表示パネルのそれぞれの画素のコントラストを制御することで、一対として積層された光電池のそれぞれが光量に見合った信号を出力するようになる。したがって、センサーパネルの光電池と液晶表示パネルの画素との組み合わせ、１つ１つの出力信号を制御できる。
【００２７】
以上の構成により、デバイス自体は均一な特性のものに作ることはできなくても、組み合わせた画素のコントラスト比を制御することで、均一な信号を出力できる装置が実現できる。
【００２８】
［実施の形態３］
確実な読み取りを行うには、センサーパネルに原稿を確実に密着させて光を反射させることが必要である。しかし、原稿によっては、しわ、折り目等によってセンサーパネルには密着しにくい状況のときがある。
【００２９】
原稿の部分によって、センサーパネルと原稿との密着度合いの差は異なる情報として検出される。これは同じ黒の情報でも距離によって出力信号が異なってくるからである。非常にわずかではあるが、しわによって、センサーパネルと原稿との密着度合いの違いが見られ、画像化したときには、ぼけとなって現れる問題がある。
【００３０】
例えば、机に読み取りたい原稿を載せてセンサーパネルを下向きに置いただけではしわが伸びない時がある。そこで原稿を微動部によって押さえ、しわを伸ばしながら読み取りを行う実施形態３の断面構成図を図４に示す。
【００３１】
しわのある原稿１に、微動部９５ａ、９５ｂを備えた外囲器に囲まれた情報読取装置を乗せ、原稿１を押しながらしわを伸ばすようにする。センサーパネル２と、液晶表示パネル４を微動部９５ａ、９５ｂによって原稿方向に移動させ、移動したセンサーパネル２によって原稿１を伸ばすことになるが、その方法として、小型で微動が容易な圧電素子を用いる。
【００３２】
次に微動部９５ａ、９５ｂがどのように微動するのかを図５を用いて説明する。ここで圧電素子とは電気エネルギーを機械的エネルギーに可逆的に変換できる素子である。これは、機械的応力を加えると応力に比例した電界が発生する正圧電効果と、逆に電界を加えて電界に比例した歪みを生じる逆圧電効果が現れる素子である。
【００３３】
この素子構造は、外部からある値以上の電界を加えて、結晶軸が全部揃った単一分域の結晶構造になるように分域を反転させる操作（分極処理）を行ったセラミックスからなり、分極処理された圧電セラミックスにより外部からのエネルギーに応じて圧電効果を示す事になる。このように分極処理して分域（ドメイン）を揃えないと圧電効果はおこらない。
【００３４】
分極すると未分極の場合異なって分極方向に大きな歪みが生じこの歪が外部からの電界に応じて逆圧電効果を示す。この効果は主に、縦効果の電極方向と伸縮歪方向が同一方向である場合（圧電定数ｄ３３）と、横効果の電極方向と伸縮歪方向が垂直方向である場合（圧電定数ｄ３１）がある。
【００３５】
印加電圧と伸縮方向の関係は縦効果または横効果のいずれを用いた設計にするのかによって決まってくる。
【００３６】
図５（ａ）は、横効果設計した微動部の圧電素子に電圧を印加した状態、同図（ｂ）は微動部９５ａを取り出し、これに電圧を印加した状態を示す。当該図面のように横効果設計すると電極方向と伸縮部変位方向が垂直になる。
【００３７】
微動部９５ａの分極電極９１にプラスの電圧９２を印加すると、横効果により分極電極９１は分極方向に伸びようとして、結果的に上下方向に縮む動き１０５とになる。
【００３８】
次にマイナスの電圧９２を印加すると、横効果により分極電極９１は分極方向に縮もうとして、結果的に上下方向に伸びようとすることになる。
【００３９】
標準状態が９０として、分極方向に伸びて上下方向に縮む状態が９０ａで、分極方向に縮もうとして結果的に上下方向に伸びた状態が９０ｂである。
【００４０】
このようにして、微動部９５ａ及び、微動部９５ｂを伸縮させ、原稿１にセンサーパネル２を押すようにする。
【００４１】
また、微動部として他の一例を図６に示す。当該図面の構成では、センサーパネル２と液晶表示パネル４は微動部１０００及び１００１とによって挟持され、当該各微動部の動作でセンサーパネル２を原稿１に近づけられる。
【００４２】
［実施の形態４］
次に実施形態４として原稿を２次元方向に移動させる原稿微動部を備えた構成を図７に示す。実施形態１において問題になるのは、センサーパネル２を構成する電極と平行に走る直線ラインのような情報が書かれた原稿１を読み取る時に、光の反射の仕方によって一列に並んだ光電池による検出が難かしくなり、信号出力が小さくなることである。
【００４３】
本実施の形態では、原稿１をわずかに微動させ、検出信号が強くなるように構成されている。原稿微動部１１００、１１１０によって原稿固定部１１２０を左右１１３０に移動させ、原稿１を左右１１４０のように移動させる。図７では、移動方向を左右しか書かれていないが、微動部を複数つけ、同じ構造の微動部とすることで２次元方向の移動が可能になる。
【００４４】
次に、原稿微動部１１００、１１１０がどのように微動するのかを図８を用いて説明する。
【００４５】
第一の原稿微動部１１００と第二の原稿微動部１１１０は、電圧を操作することで自由に伸縮でき、原稿微動部１１００，１１１０を順番に伸縮（原稿微動部１１００を伸ばしているときは原稿微動部１１１０を縮め、逆に原稿微動部１１１０を伸ばしているときは原稿微動部１１００を縮める）することで、原稿固定部１１２０が左右に移動することになる。したがって、原稿固定部１１２０の先に弾力性のある固定材で原稿を固定し、センサーパネルに対して微動移動し、原稿を移動させることができる。
【００４６】
以上により、原稿を電圧入力によって自由に微動移動させられる情報読込装置が提供できる。
【００４７】
［実施の形態５］
実施の形態１において、光源の光だけではセンサーパネルからの信号が弱い事がある。図３にも示しているように光が弱いと出力が得られない。そこで、本実施形態では、センサーパネル２の光電池と、液晶表示パネル４の画素との関係を維持しながらセンサーパネル２を液晶表示パネル４から独立して離せる開閉手段を備えさせた。
【００４８】
当該構成の外観図を図９、横方向から見た図面を図１０に示す。図９、図１０に示すように、開閉部１５０の動作により、液晶表示パネル４からセンサーパネル２を回転させながら、原稿１の方向にもって行くことができる。原稿１の読み込みに使用する光は、光源３からの光１５１から外光１５２に切り替わることになる。
【００４９】
この構成では、必要に応じて強力な外光１５２が使えるようになる。勿論、センサーパネル２が液晶表示パネル４の上部からなくなることで表示は見やすくすることが出来る。
【００５０】
特に、センサーパネル２による読み込みを必要としない場合は、液晶表示パネル４の見やすさを優先する方法としてセンサーパネル２を回転させ、光源３の裏までもって来れるようにしておくことが望ましい。
【００５１】
また、センサーパネル２が外光１５２を利用するときは、光源光１５１は必要ないので、消灯しておくことが望ましい。光源３によるフリッカノイズ等がセンサーパネル２に飛び込み検出信号を乱すことが有る。勿論、消費電力の点からも表示以外は、消灯しておくことが望ましい。
【００５２】
次に表示と読込みの走査について説明する。図１１に示すように、原稿１を読み込むセンサーパネル２の走査として、ライン１７０の走査が終了してから液晶表示パネルの表示ライン１７１を走査させるように一水平期間遅らせることで、リアルタイムに近い感覚での原稿を表示再現できる。
【００５３】
走査順序としては、読み込みライン１７０、表示ライン１７１、読み込みライン１７２、表示ライン１７３が望ましい。これにより、表示している走査期間中に、次のラインの読み込み走査が可能で、読み込みが終了して表示が完了するまでの全体走査期間が短く出来る。
【００５４】
また、複数枚の原稿を順次読み込んで行くときは、センサーパネル２の走査が終了して、信号を加工処理して液晶表示パネル４に表示のための走査をしているときに、次の原稿の走査としてセンサーパネル２の走査ができるように、原稿１枚ずつの走査手段を提案する。つまり、センサーパネル２の走査が終了してから、液晶表示パネル４の表示のための走査を行うようにする。
【００５５】
この方法によれば、原稿１から読み取った全体の情報データを、画像処理等の加工ができる効果が有る。また、外光を利用するときは光源を消灯するなどの方法時に、効果を発揮する。
【００５６】
また、光電池が光に反応するかどうかの動作チェックが常に行えるようにした本構成の変形例を図１２に示す。センサーパネル２ａを開閉手段１８０で、光源３の下に回り込むように回転させる。前述したセンサーパネル２ｂの位置が外光による読み込み位置である。
【００５７】
さらに回転させ、センサーパネル２ｃの位置にもって行き、光源３の裏面に配置させる。この状態でセンサーパネル２ｃと、光源３の裏面で外部から光が入射しないように、暗室状態１８１を作り出せるようにした。この暗室状態１８１で、センサーパネル２ｃを動作させることでセンサーパネルの光電池の暗電流を求める。
【００５８】
出力が暗電流の値で出力すれば、センサーパネルの動作は確認出来る。仮に、光電池が不良になっているときは、抵抗電流となり漏れ電流がながれて、暗電流以外の出力が得られ、すぐに動作確認ができる事になる。読み込み前の動作確認モードとして有効に利用出来る。特に、経時変化によって変化したセンサーパネルをすぐに確認出来る。
【００５９】
［実施の形態６］
次に、センサーパネルの下部にある液晶表示パネルを利用して、センサーパネルのＸＹ走査を、片側走査だけにして走査ＩＣドライバーを減らせる構成を提案する。図１３に当該構成の説明図を示す。当該図面は液晶表示パネルの上にセンサーパネルが積層された状態で、センサーパネルの各光電池を動作させるためにバイアス電圧を加えている状態を示している。
【００６０】
第一電極と第二電極との間にマトリクス状に配列される複数の光電池２２０等を備えるセンサーパネルは、走査回路によって当該光電池が順次的に走査され、選択された読取りたい光電池２２０から順次、検出増幅部２５１で必要な信号まで増幅されて、出力端子から出力される。
【００６１】
光電池２２０のアノード側の電極１９０に検出増幅部２５１を接続する。バイアス発生回路２５０は、電圧Ｖを出力する。出力電圧は、マイナス電圧が出力できるようにしておく。この電圧Ｖは、検出しない他の光電池２２４、２２５、２２６のアノード側の電極１９０に印加される。
【００６２】
また、検出増幅部２５０は、接地電圧２５２に接続することで、仮想接地を作り出し、検出増幅部２５０の基本電位とする。
【００６３】
つまり、光電池２２０のアノード側の電極１９０は仮想接地として電圧ゼロを加えたことになる。
【００６４】
光電池の特性を図１４に示す。順バイアス領域の出力がＸ軸にそってゼロ出力となるのは順バイアス電圧が０．５Ｖの時である。この状態をＯＦＦとする。光電池に加わる電圧がゼロ電圧のときは、光電池からの出力信号が見られる。この状態をＯＮとする。このＯＮ、ＯＦＦの２点を使って読み取りを行う。
【００６５】
バイアス電圧を印加して上記２点の状態を作り出すためには、バイアス発生部２５０は、読み取らない光電池の電極１９０に、さらに、検出増幅部２５０を構成するＯＰアンプ２５１の正相入力端子を接地電位２５２に接続することで、逆相入力端子２５３を接地電位２５２と等価になる仮想接地を作り出すことで、光電池に仮想接地を導く事になる。
【００６６】
また、光電池のカソード側の電極１９１は全て接地電位としてゼロ電圧とする。以上の各電圧を光電池群に印加することで、読み取りたい光電池が接続されているラインの２５３につながる、すべての光電池２２０、２２１、２２２、２２３がＯＮすることになる。他の光電池２２４、２２５、２２６、・・・はＯＦＦすることになる。
【００６７】
光電池２２０は、０Ｖバイアスがかかる。この状態を図１４のＩ／Ｖ特性で示すと、ＯＮの点である。つまり、光が当たれば出力が得られる。
【００６８】
光電池２２１は、０Ｖバイアスがかかる。この状態を図１４のＩ／Ｖ特性で示すと、ＯＮの点である。つまり、ここも光が当たれば出力が得られる。光電池２２２、２２３も同じでる。
【００６９】
光電池２２４は、０．５Ｖ順バイアスがかかる。この状態を図１４のＩ／Ｖ特性図で示すと、ＯＦＦの点である。つまり、光が当たっていても出力が得られない状態である。光電池２２５、２２６も同じである。
【００７０】
ここで、重要なのは、検出したい光電池２２１以外にもＯＮしている光電池があることである。
【００７１】
そこで、液晶表示パネルの画素をライン状に制御して光源の光を１本のラインとしてセンサーパネルに放射させる。この光のラインはＯＮしている光電池の並びに交差するように直角に放射させる。この状態により光源の光を１本のライン１９５と、ＯＮしている光電池の並びとの交点である光電池２２１の信号だけが出力される。
【００７２】
光電池２２０はＯＮの状態であるが、光が当たらないので出力がない。また、光電池２２７はＯＦＦの状態で光が当たっていることから出力がない。以上の状態がセンサーパネルと液晶表示パネルを積層にすることで可能になる信号の検出方法である。
【００７３】
この時のセンサーパネルの走査の説明図を図１５に示す。センサーパネルの電極をＸ方向に、１９６、１９７、１９８と走査させる。ここではセンサーパネルに対するＹ方向走査は行わない。Ｘ方向で検出されたラインのＹ方向の光電池は全てＯＮしているからである。一方、液晶表示パネルの光ライン１９５をＹ方向に走査させる。
【００７４】
以上のように、センサーパネルに対する１方向のみの走査で情報が正確に読み取れるのが本実施の形態の特徴である。
【００７５】
【発明の効果】
液晶表示パネルを備えた構成とすることで、センサーパネルから読み込んだ情報を、そのままセンサーパネルの下に配置している液晶表示パネルに表示することができる。つまり、センサーパネルの上に原稿を載せて情報を取り込んだ後に、原稿情報が液晶表示パネルに表示され、液晶表示パネルとセンサーパネルが積層されていることで、原稿情報がその場でコピーしたように情報を入力することができる。
【００７６】
また、上記光源、上記液晶表示パネル、上記センサーパネル、上記原稿の順で積層し原稿の情報を検出できることを特徴としていることで、液晶表示パネルに必要なバックライトと、情報検出に必要なセンサーパネルの光源を一つにでき、薄型の情報読込と情報表示の両方の機能を持たせた装置とすることができる。
【００７７】
また、液晶表示パネルの画素には表示画素電極とＴＦＴが載っている部分があり、ＴＦＴの部分は光源の光を透過せず表示しない部分で、ＴＦＴの載っている面積部分は利用できない欠点を上手く利用した効率のよい装置にできる。
【００７８】
この状態について原稿を置く側から見ると、液晶表示パネルのＴＦＴ上部に光電池が重なっており、表示画素電極の部分は、センサーパネルも光を透過させて表示の性能を妨げずに情報を見ることができる。さらに光電池は、原稿に一番近く、原稿の反射光を妨げられる事なく精度よく検出できる。
【００７９】
また、微動部は、電気エネルギーを機械的エネルギーに可逆的に変換できる圧電材料からなる圧電素子によって構成することで電圧によって簡単に微動量を決定できる。圧電素子による構成とすることで、小型で大きな力を発生でき、応答性が早く、変位精度が高く、軽量、低価格の微動部とすることができる。
【００８０】
また、非常に小型な構造にできることから、センサー面、表示面を塞ぐこともない違和感もすくない装置となる。また、圧電素子の微動量は計算によって設計できることから、電圧値変化によって正確にコントロールできる。この微動部を、ユーザーが、自由に変更できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願の情報読込装置におけるセンサーパネル及び液晶表示パネルの位置関係の説明図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は斜視図である。
【図２】光電池形成部の拡大図である。
【図３】光の照度による光電池の出力値の変化を示した図である。
【図４】実施の形態３の構成の断面図である。
【図５】微動部９５ａ、９５ｂの動作説明図である。
【図６】微動部の他の一例を示す図である。
【図７】実施の形態４の構成の断面図である。
【図８】原稿微動部１１００、１１１０の動作説明図である。
【図９】実施の形態５の構成の外観図である。
【図１０】実施の形態５の構成を横方向から見た図である。
【図１１】実施の形態５における表示と読込みの走査についての説明図である。
【図１２】実施の形態５の変形例の動作説明図である。
【図１３】実施の形態６の構成の概要図である。
【図１４】実施の形態６における光電池の特性図である。
【図１５】センサーパネルの走査の様子の説明図である。
【図１６】従来の情報読込装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１  原稿
２  センサーパネル
３  光源
４  液晶表示パネル
１０  画素電極
１１    ＴＦＴ
４０    アモルファスシリコン層
４１    第一の電極
４２    第二の電極
４３    透明基盤
４５    光電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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