(57)【要約】【課題】超音波の周波数とインバータの周波数との干渉が生じにくい入出力一体型ディスプレイ装置を実現する。【解決手段】ペン４は液晶パネル２１上にタッチされると赤外線送信素子４１から赤外線を、超音波送信素子４２から超音波を送信し、受信ユニット３の赤外線受信素子３１と超音波受信素子３２・３３とがこれを受信する。液晶パネル２１にはバックライト２２が、インバータ２２ｃでランプ２２ｂを点灯させ導光板２２ａを介して光を照射する。超音波の周波数とインバータの周波数とを異ならせる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波デジタイザを利用して入出力を行う表示部と、インバータで点灯されるランプとを備えた入出力一体型ディスプレイ表示装置において、
超音波デジタイザの超音波送信周波数と上記インバータの基本周波数とが、異なる周波数であることを特徴とする入出力一体型ディスプレイ表示装置。
【請求項２】
上記超音波送信周波数が、上記インバータの基本周波数、上記基本周波数の２倍、および上記基本周波数の３倍の各周波数と異なることを特徴とする請求項１に記載の入出力一体型ディスプレイ表示装置。
【請求項３】
上記インバータの基本周波数が上記超音波送信周波数より高いことを特徴とする請求項１または２に記載の入出力一体型ディスプレイ表示装置。
【請求項４】
超音波受信サイクル周期と上記インバータによる上記ランプの点灯サイクル周期とが、互いに同期していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の入出力一体型ディスプレイ表示装置。
【請求項５】
超音波送受信中の期間には、上記ランプが消灯し、超音波休止中の期間に、上記インバータにより上記ランプが点灯することを特徴とする請求項４に記載の入出力一体型ディスプレイ表示装置。
【請求項６】
超音波デジタイザの超音波受信回路に使用するバンドパスフィルターの透過中心周波数が、上記インバータの基本周波数と異なっていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の入出力一体型ディスプレイ表示装置。
【請求項７】
上記インバータと、超音波受信を行う受信ユニットとが、上記表示部を挟んで互いに向い合うように、それぞれ上記表示部の端辺の外側に設けられていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の入出力一体型ディスプレイ表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波デジタイザを利用した、入出力一体型ディスプレイ表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、液晶ディスプレイを用いた薄型軽量の入出力一体型ディスプレイ表示装置が開発されているが、一般的に大半を占める入力方式としては、抵抗膜方式と電磁誘導方式との両者がある。
【０００３】
抵抗膜方式のデジタイザとは以下のようなものである。ディスプレイの表面に、透明導電膜を塗布した２枚のフィルムを一定の隙間を保持するように貼り合わせて形成する。この透明導電膜がペンにより押されて上下で接触することにより、フィルムの周辺から見た透明導電膜の抵抗変化が発生する。そして、この抵抗変化を検出することで、位置座標を計算して、ディスプレイに表示する。
【０００４】
電磁誘導方式のデジタイザとは、ディスプレイの背面にコイルのパターンフィルムを配置して、ペンの位置座標を電磁界変化を検出して計算し、ペンの位置をディスプレイに表示するものである。
【０００５】
両者とも、ディスプレイの表面または背面に、フィルムおよびその保持やシールド機構を設けるために、入出力一体型のディスプレイ表示装置としては、薄型軽量とならないという問題があった。
【０００６】
しかしながら更なる薄型軽量化の要望が高まるにつれて、最近デジタイザの方式として、超音波方式が注目されはじめている。
【０００７】
超音波方式のデジタイザとは、表面にも裏面にもフィルム等を配置することなく、そのかわりに、ディスプレイの周辺部分に超音波受信素子を複数配置することで、ペンの超音波送信素子から送信される超音波を受信して、該超音波を測量し、三点測量による位置座標計算をおこない、ペンで入力したものを、ディスプレイに出力する方式である。この基本的な考え方と詳細とについては、特許文献１に記載されている。
【０００８】
図４、図５、図６を用いて一般的な超音波方式のペン入力デジタイザの原理を簡単に説明する。図４および図６は、後述の本発明のデジタイザ装置（入出力一体型ディスプレイ表示装置）１を示す図１の平面図であるが、従来存在する部材を示す便宜上、これらの部材番号を用いて説明する。図４に示すように、超音波方式のデジタイザ装置１は、液晶ディスプレイ２、受信ユニット３、およびペン４を備えている。液晶ディスプレイ２は液晶パネル２１およびバックライト２２を備え、液晶パネル２１はバックライト２２から光照射を受けて表示を行う。また、液晶パネル２１はペン４からの押圧による入力を受け付ける。バックライト２２は、インバータ２２ｃによって冷陰極管などのランプ２２ｂを点灯させ、導光板２２ａを介して一様な光を液晶パネル２１に照射する。受信ユニット３は、１つの赤外線受信素子３１と２つの超音波受信素子３２・３３とでペン４からのそれぞれの信号を受信可能とする。ペン４は、赤外線送信素子４１から赤外線を、超音波送信素子４２から超音波をそれぞれ送信することが可能である。図５は、ペン入力位置を算出するために採用される信号発信タイミングの一例を、受信タイミングで示すものである。
【０００９】
図４におけるペン４が液晶パネル２１の画面に接触して図示しないペン内部のスイッチがオンすると、ペン４からは、赤外線と超音波とが同時に送信される。その後、ペン４から送信された赤外線は、光速であるために、音速である超音波の速度と比較して十分無視できるほど早いタイミングで、つまりスイッチのオンと同時に、受信ユニット３の赤外線受信素子３１に到達する。やがて、超音波は図６に示すように、超音波受信素子３２・３３までの距離を音速で移動して、それぞれの受信素子で検出される。このとき、ペン４の位置によって、赤外線受信素子３１への赤外線の到達時刻に対する超音波受信素子３２への到達時間差ｔ１と超音波受信素子３３への到達時間差ｔ２とは変化する。
【００１０】
この到達時間差と音速との値から、図６に示す距離Ｌ１（超音波送信素子４２と超音波受信素子３２との間の距離）とＬ２（超音波送信素子４２と超音波受信素子３３との間の距離）とが計算され、さらに、超音波受信素子３２と超音波受信素子３３との間の距離Ｌ０がもともと決まっていることから、ペンの座標（Ｘ，Ｙ）はマイコン等の演算回路によって計算されて、ペン先に重なるよう調整された描画が液晶パネル２１上に表示される。
【特許文献１】米国特許第４８１４５５２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このような、超音波デジタイザを利用した、入出力一体型ディスプレイ表示装置を薄型軽量化していくにともない、以下のような具体的な問題点が顕著になってきた。それは、超音波デジタイザが利用する超音波の送信／受信の周波数帯と、ランプを点灯するためのインバータの周波数との間で発生する干渉問題である。
【００１２】
一般に、液晶ディスプレイに用いられるシャッターの役目をする部品の液晶パネルは自発光しないため、液晶パネルの裏面にはバックライトが配置される。バックライトは、光を発生する冷陰極管などのランプとそのランプを駆動するインバータと、ランプで発光した光を面光源に変換する導光板とから構成される。
【００１３】
以後、図４に示すように、バックライト＝ランプ＋インバータ＋導光板と定義する。さらに、液晶ディスプレイ＝液晶パネル＋バックライトと定義する。
【００１４】
このランプを点灯する場合に、ちらつき防止と、電気→光エネルギー変換効率を高い値で実現するために、一般的には、ランプ印加電圧の周波数つまり、インバータ周波数は、２０ｋＨｚ〜１２０ｋＨｚの周波数でかつ、高電圧駆動（数百Ｖ〜数千Ｖ）で行われる。これは、２０ｋＨｚより点灯周波数を小さくしていくと、印加する交流の高圧電圧が０Ｖを通過するときにランプが点灯していない状態が増え、点灯効率が悪くなる為である。また１２０ｋＨｚ以上になってくると、ランプおよびランプのリード線から周囲への空間的な容量結合により、ランプ漏れ電流が増大して、点灯効率が悪くなる為である。
【００１５】
一方で、超音波デジタイザが利用する超音波送信周波数も２５ｋＨｚ〜２２０ｋＨｚである。これは、２５ｋＨｚ以下では、人間の可聴領域への干渉が問題となり、２２０ｋＨｚ以上になると、空気伝播時の伝播ロスが大きくなり、送受信が可能な距離が短くなるためにデジタイザとしては扱いにくい周波数となるからである。
【００１６】
つまり、超音波デジタイザの超音波送信周波数は、インバータ周波数とほぼ同じ帯域での周波数を利用することとなる。
【００１７】
これにより、超音波受信素子は、超音波送信素子から送信される超音波と、インバータから周囲に漏れ出す超音波とを区別できないことがあり、条件によっては、正確なペンの位置検出が困難となることが、実験により明らかなってきた。特に、超音波デジタイザの受信素子とインバータとの間の距離が小さいときには、インバータの昇圧を行っているトランス等が、点灯周波数またはその２倍、３倍の周波数で振動し、インバータユニット自体から、超音波が発振される場合がある。また、ランプは高圧点灯されるために、電界強度として受信ユニットの中の受信回路へのノイズの影響は非常に大きいものとなり、電磁界的な問題により、正確なペンの位置検出が困難となることも、実験により明らかなってきた。
【００１８】
以下に、超音波送信周波数とインバータ周波数とによる干渉の有無を、それぞれの周波数を変えて測定表示した結果を示す。干渉のある場合をＮＧ、無い場合をＯＫと示している。超音波送信周波数をＦｕｓ、ランプインバータ周波数をＦｉｎｖとしている。
【００１９】
超音波送信周波数Ｆｕｓ＝４０ｋＨｚのとき
Ｆｉｎｖ  ＝  ２０ｋＨｚ（  ２次：４０ｋＨｚ  ３次：６０ｋＨｚ）      ・・・ＮＧ
Ｆｉｎｖ  ＝  ２５ｋＨｚ（  ２次：５０ｋＨｚ  ３次：７５ｋＨｚ）      ・・・ＯＫ
Ｆｉｎｖ  ＝  ３０ｋＨｚ（  ２次：６０ｋＨｚ  ３次：９０ｋＨｚ）      ・・・ＯＫ
Ｆｉｎｖ  ＝  ３５ｋＨｚ（  ２次：７０ｋＨｚ  ３次：１０５ｋＨｚ）    ・・・ＮＧ
Ｆｉｎｖ  ＝  ４０ｋＨｚ（  ２次：８０ｋＨｚ  ３次：１２０ｋＨｚ）    ・・・ＮＧ
Ｆｉｎｖ  ＝  ４５ｋＨｚ（  ２次：９０ｋＨｚ  ３次：１３５ｋＨｚ）    ・・・ＮＧ
Ｆｉｎｖ  ＝  ５０ｋＨｚ（  ２次：１００ｋＨｚ  ３次：１５０ｋＨｚ）  ・・・ＯＫ
Ｆｉｎｖ  ＝  ５５ｋＨｚ（  ２次：１１０ｋＨｚ  ３次：１６５ｋＨｚ）  ・・・ＯＫ
Ｆｉｎｖ  ＝  ６０ｋＨｚ（  ２次：１２０ｋＨｚ  ３次：１８０ｋＨｚ）  ・・・ＯＫ
Ｆｉｎｖ  ＝  ６５ｋＨｚ（  ２次：１３０ｋＨｚ  ３次：１９５ｋＨｚ）  ・・・ＯＫ
Ｆｉｎｖ  ＝  ７０ｋＨｚ（  ２次：１４０ｋＨｚ  ３次：２１０ｋＨｚ）  ・・・ＯＫ
Ｆｉｎｖ  ＝  ７５ｋＨｚ（  ２次：１５０ｋＨｚ  ３次：２２５ｋＨｚ）  ・・・ＯＫ
Ｆｉｎｖ  ＝  ８０ｋＨｚ（  ２次：１６０ｋＨｚ  ３次：２４０ｋＨｚ）  ・・・ＯＫ
Ｆｉｎｖ  ＝  ８５ｋＨｚ（  ２次：１７０ｋＨｚ  ３次：２５５ｋＨｚ）  ・・・ＯＫ
Ｆｉｎｖ  ＝  ９０ｋＨｚ（  ２次：１８０ｋＨｚ  ３次：２７０ｋＨｚ）  ・・・ＯＫ
Ｆｉｎｖ  ＝  ９５ｋＨｚ（  ２次：１９０ｋＨｚ  ３次：２８５ｋＨｚ）  ・・・ＯＫ
Ｆｉｎｖ  ＝  １００ｋＨｚ（  ２次：２００ｋＨｚ  ３次：３００ｋＨｚ）・・・ＯＫ
Ｆｉｎｖ  ＝  １０５ｋＨｚ（  ２次：２１０ｋＨｚ  ３次：３１５ｋＨｚ）・・・ＯＫ
Ｆｉｎｖ  ＝  １１０ｋＨｚ（  ２次：２２０ｋＨｚ  ３次：３３０ｋＨｚ）・・・ＯＫ
Ｆｉｎｖ  ＝  １１５ｋＨｚ（  ２次：２３０ｋＨｚ  ３次：３４５ｋＨｚ）・・・ＯＫ
Ｆｉｎｖ  ＝  １２０ｋＨｚ（  ２次：２４０ｋＨｚ  ３次：３６０ｋＨｚ）・・・ＯＫ
超音波送信周波数  Ｆｕｓ＝８０ｋＨｚのとき、
Ｆｉｎｖ  ＝  ２０ｋＨｚ（  ２次：４０ｋＨｚ  ３次：６０ｋＨｚ）      ・・・ＯＫ
Ｆｉｎｖ  ＝  ２５ｋＨｚ（  ２次：５０ｋＨｚ  ３次：７５ｋＨｚ）      ・・・ＮＧ
Ｆｉｎｖ  ＝  ３０ｋＨｚ（  ２次：６０ｋＨｚ  ３次：９０ｋＨｚ）      ・・・ＯＫ
Ｆｉｎｖ  ＝  ３５ｋＨｚ（  ２次：７０ｋＨｚ  ３次：１０５ｋＨｚ）    ・・・ＯＫ
Ｆｉｎｖ  ＝  ４０ｋＨｚ（  ２次：８０ｋＨｚ  ３次：１２０ｋＨｚ）    ・・・ＮＧ
Ｆｉｎｖ  ＝  ４５ｋＨｚ（  ２次：９０ｋＨｚ  ３次：１３５ｋＨｚ）    ・・・ＯＫ
Ｆｉｎｖ  ＝  ５０ｋＨｚ（  ２次：１００ｋＨｚ  ３次：１５０ｋＨｚ）  ・・・ＯＫ
Ｆｉｎｖ  ＝  ５５ｋＨｚ（  ２次：１１０ｋＨｚ  ３次：１６５ｋＨｚ）  ・・・ＯＫ
Ｆｉｎｖ  ＝  ６０ｋＨｚ（  ２次：１２０ｋＨｚ  ３次：１８０ｋＨｚ）  ・・・ＯＫ
Ｆｉｎｖ  ＝  ６５ｋＨｚ（  ２次：１３０ｋＨｚ  ３次：１９５ｋＨｚ）  ・・・ＯＫ
Ｆｉｎｖ  ＝  ７０ｋＨｚ（  ２次：１４０ｋＨｚ  ３次：２１０ｋＨｚ）  ・・・ＯＫ
Ｆｉｎｖ  ＝  ７５ｋＨｚ（  ２次：１５０ｋＨｚ  ３次：２２５ｋＨｚ）  ・・・ＮＧ
Ｆｉｎｖ  ＝  ８０ｋＨｚ（  ２次：１６０ｋＨｚ  ３次：２４０ｋＨｚ）  ・・・ＮＧ
Ｆｉｎｖ  ＝  ８５ｋＨｚ（  ２次：１７０ｋＨｚ  ３次：２５５ｋＨｚ）  ・・・ＮＧ
Ｆｉｎｖ  ＝  ９０ｋＨｚ（  ２次：１８０ｋＨｚ  ３次：２７０ｋＨｚ）  ・・・ＯＫ
Ｆｉｎｖ  ＝  ９５ｋＨｚ（  ２次：１９０ｋＨｚ  ３次：２８５ｋＨｚ）  ・・・ＯＫ
Ｆｉｎｖ  ＝  １００ｋＨｚ（  ２次：２００ｋＨｚ  ３次：３００ｋＨｚ）・・・ＯＫ
Ｆｉｎｖ  ＝  １０５ｋＨｚ（  ２次：２１０ｋＨｚ  ３次：３１５ｋＨｚ）・・・ＯＫ
Ｆｉｎｖ  ＝  １１０ｋＨｚ（  ２次：２２０ｋＨｚ  ３次：３３０ｋＨｚ）・・・ＯＫ
Ｆｉｎｖ  ＝  １１５ｋＨｚ（  ２次：２３０ｋＨｚ  ３次：３４５ｋＨｚ）・・・ＯＫ
Ｆｉｎｖ  ＝  １２０ｋＨｚ（  ２次：２４０ｋＨｚ  ３次：３６０ｋＨｚ）・・・ＯＫ
実験の結果から以下の内容が考察される。
インバータ周波数Ｆｉｎｖ（１次、２次、３次）が超音波送信周波数Ｆｕｓ（１次）と約５ｋＨｚ以内の近い値にあるときには、お互いが干渉し、とくに超音波デジタイザへのノイズが大きくなり、正常な距離測定ができない状態となることを確認した。さらに、デジタイザの超音波送信の特性上、素子印加電圧波形は、ほぼ正弦波に近くなるために超音波送信周波数は１次成分のみで考えればよいが、インバータ周波数の場合は、ランプの特性やインバータ駆動能力の問題により、ランプ印加電圧波形が正弦波ではなくなり、歪んだ電圧波形となるために、インバータ周波数については、１次から３次までの高次の周波数成分を含めて考慮する必要がある。４次以降の高次周波数は、成分比率、空間伝播による影響とも少ないために、無視することが出来る。
【００２０】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、超音波の周波数とインバータの周波数との干渉が生じにくい入出力一体型ディスプレイ装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の入出力一体型ディスプレイ表示装置は、上記課題を解決するために、超音波デジタイザを利用した、インバータで点灯されるランプを備えた入出力一体型ディスプレイ表示装置において、超音波デジタイザの超音波送信周波数と上記インバータの基本周波数とが、異なる周波数であることを特徴としている。
【００２２】
上記の発明によれば、超音波の周波数とインバータの基本周波数とが異なる、すなわち５ｋＨｚより大きく離れているので、インバータの周波数が超音波の周波数に干渉しにくい。
【００２３】
従って、超音波の周波数とインバータの周波数との干渉が生じにくい入出力一体型ディスプレイ装置を実現することができるという効果を奏する。
【００２４】
本発明の入出力一体型ディスプレイ表示装置は、上記課題を解決するために、上記超音波送信周波数が、上記インバータの基本周波数、上記基本周波数の２倍、および上記基本周波数の３倍の各周波数と異なることを特徴としている。
【００２５】
上記の発明によれば、インバータの周波数成分のほとんどが超音波の周波数と異なるので、より一層、インバータの周波数が超音波の周波数に干渉しにくいという効果を奏する。
【００２６】
本発明の入出力一体型ディスプレイ表示装置は、上記課題を解決するために、上記インバータの基本周波数が上記超音波送信周波数より高いことを特徴としている。
【００２７】
上記の発明によれば、超音波の周波数成分はほとんど基本周波数成分のみであるのに対して、インバータの周波数成分は基本周波数成分および高次の周波数成分からなるので、超音波の周波数とインバータの全周波数とが必然的に異なることとなる。従って、干渉を避けるのに両者の周波数の基本周波数のみに着目すればよいので、超音波送信／受信素子の設計自由度が増すとともに、インバータの駆動回路の設計自由度も増すという効果を奏する。
【００２８】
本発明の入出力一体型ディスプレイ表示装置は、上記課題を解決するために、超音波受信サイクル周期と上記インバータによる上記ランプの点灯サイクル周期とが、互いに同期していることを特徴としている。
【００２９】
上記の発明によれば、インバータの調光信号を超音波の受信タイミングを基準に生成してインバータの動作期間を超音波の受信期間に対して制御することができるといったように、より木目細かにノイズを除去することができるという効果を奏する。
【００３０】
本発明の入出力一体型ディスプレイ表示装置は、上記課題を解決するために、超音波送受信中の期間には、上記ランプが消灯し、超音波休止中の期間に、上記インバータにより上記ランプが点灯することを特徴としている。
【００３１】
上記の発明によれば、超音波を送受信する間とランプ点灯を行う間とが重ならないので、確実にインバータの周波数が超音波の周波数に干渉しにくくなるという効果を奏する。
【００３２】
本発明の入出力一体型ディスプレイ表示装置は、上記課題を解決するために、超音波デジタイザの超音波受信回路に使用するバンドパスフィルターの透過中心周波数が、上記インバータの基本周波数と異なっていることを特徴としている。
【００３３】
上記の発明によれば、インバータ周波数の超音波受信周波数への干渉ノイズがさらに低減されるという効果を奏する。
【００３４】
本発明の入出力一体型ディスプレイ表示装置は、上記課題を解決するために、上記インバータと、超音波受信を行う受信ユニットとが、上記表示部を挟んで互いに向い合うように、それぞれ上記表示部の端辺の外側に設けられていることを特徴としている。
【００３５】
上記の発明によれば、インバータと受信ユニットとの間の距離が大きくなるので、インバータ周波数による超音波受信周波数への干渉ノイズがさらに低減されるという効果を奏する。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の入出力一体型ディスプレイ表示装置は、以上のように、超音波デジタイザの超音波送信周波数と上記インバータの周波数とが、異なる周波数であるので、超音波の周波数とインバータの周波数との干渉が生じにくい入出力一体型ディスプレイ装置を実現することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
本発明の実施形態について、各実施例を挙げて説明する。
【実施例１】
【００３８】
図１に、本実施例の超音波デジタイザを利用した入出力一体型ディスプレイ表示装置であるデジタイザ装置１の構成を示す。
【００３９】
デジタイザ装置１は、液晶ディスプレイ２、受信ユニット３、およびペン４を備えている。液晶ディスプレイ２は、液晶パネル２１およびバックライト２２を備えている。液晶パネル２１は超音波デジタイザを利用して入出力を行う表示部である。さらに、バックライト２２は、導光板２２ａ、冷陰極管などのランプ２２ｂ、およびインバータ２２ｃを備えている。このうち導光板２２ａおよびランプ２２ｂは液晶パネル２１の裏面側に設けられている。受信ユニット３は、赤外線受信素子３１、超音波受信素子３２、および超音波受信素子３３を備えている。ペン４は、赤外線送信素子４１および超音波送信素子４２を備えている。インバータ２２ｃと受信ユニット３とは、液晶パネル２１を挟んで互いに向い合うように、それぞれ液晶パネル２１の端辺の外側に設けられている。
【００４０】
一般的に、インバータ２２ｃのなかで高圧を発生させる素子の材料には、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミック（ＰＺＴ）をベースとし、性能をよくするために添加物が添加されたものなどが使用される。
【００４１】
図１のデジタイザ装置１の平面図を図４に示す。上記各部材の機能については前述の図４の説明においても述べた。
【００４２】
いま、ペン４が液晶パネル２１にタッチされると、ペン４の中の図示しないスイッチがオンして、ペン４の内部のマイコン等の制御により、赤外線送信素子４１からは赤外線が、超音波送信素子４２からは超音波が、それぞれ同時に出力される。この出力された赤外線と超音波とを、液晶パネル２１の横に配置された赤外線受信素子３１、超音波受信素子３２・３３で受信する。赤外線と超音波との受信信号のタイミングチャートを図５に示す。前述したように、赤外線受信素子３１への到達信号を基準に、２つの超音波受信素子３２・３３で、ペン４から送信された超音波を検出することにより、図６に示すところのペン４からの２つの超音波受信素子３２・３３への距離Ｌ１とＬ２とが計算され、２つの超音波受信素子３２・３３間の距離Ｌ０から、三点測量の計算にもとづき、ペン４の座標（Ｘ，Ｙ）が決定される。
【００４３】
また、実際の測量では、図７に示すように赤外線受信素子３１と２つの超音波受信素子３２・３３とに入力された合計３つの信号波形は、増幅回路４１〜４３により増幅されて、ＡＤ回路５１〜５３によりデジタル化され、さらにマイコン等の演算部６０にデジタルデータが入力されて、該演算部６０により計算された座標（Ｘ，Ｙ）が液晶パネル２１に表示される。
【００４４】
ここで、ペン４より発信される超音波の送信波形を図２に示す。また、超音波受信素子３２・３３で受信される超音波の受信波形を図３に示す。
【００４５】
まず、超音波送信周波数Ｆｕｓは、図２（ａ）に示すところの周期Ｔｕｓの逆数で定義される。超音波送信素子４２は、使用する送信周波数付近で電気→機械変換効率が高くなるように調整された素子である。ペン４はつねに超音波を出しつづけるわけではなく、図２（ｂ）に示すように、超音波を出す時間（ＵＳ−ｏｎ）と出さない時間（ＵＳ−ｏｆｆ）とを繰り返す。このオンオフの周期である超音波送信サイクル周期（ＵＳ−ｃｙｃ＝（ＵＳ−ｏｎ）＋（ＵＳ−ｏｆｆ））が、超音波デジタイザの座標測定のサンプリング周期となる。
【００４６】
ここで、図２（ａ）は、図２（ｂ）の超音波が出ている期間（ＵＳ−ｏｎ）の部分を拡大視したものである。
【００４７】
次に、超音波受信周波数Ｆｕｓについて説明する。
【００４８】
超音波受信周波数Ｆｕｓは、図３（ａ）に示すところの周期Ｔｕｓの逆数で定義される。超音波受信素子３２・３３は、使用する受信周波数付近で機械→電気変換効率が高くなるように調整された素子である。
【００４９】
超音波受信素子の材料には、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミック（ＰＺＴ）をベースとし、性能をよくするために添加物が添加されたものや、PVDF（Polyvinylidene fluoride）からつくられた、加工性が良く、大面積で薄膜化が容易なもの等を使用する。
【００５０】
一般に超音波の送信と受信とを行う場合、送信の周波数と受信の周波数とはほぼ等しいものとなる。
【００５１】
しかしながら、図３（ｂ）に示すところの受信時に現れるＵＳ−ｏｎ時間とＵＳ−ｏｆｆ時間（超音波受信サイクル周期ＵＳ−ｃｙｃ＝（ＵＳ−ｏｎ）＋（ＵＳ−ｏｆｆ））とは必ずしも送信時のものと一致するとは限らず、一般的に送信時に短いＵＳ−ｏｎ時間を設定しても受信時には送信時よりも長いＵＳ−ｏｎ時間となることが多いが、本実施例においては、とくに送信時、受信時におけるＵＳ−ｏｎ時間とＵＳ−ｏｆｆ時間との比率が多少異なることについては、同等であるとして扱う。
【００５２】
超音波の送信周波数を決めている回路方式には図８（ａ）・（ｂ）に示すようなものがある。図８（ａ）・（ｂ）に超音波送信回路ブロック図および信号波形を示す。
【００５３】
図８（ａ）に、自励式の超音波送信回路ブロック図を示す。この自励式回路では、超音波送信周波数は、正弦波発生回路および周波数決定回路７２のなかのコイルＬ、コンデンサＣ、抵抗Ｒの３つの受動素子の共振周波数によって決定される。この共振周波数で決定された周波数で超音波の送信を行う。超音波送信制御信号ａがスイッチ回路７１に入力されることで、正弦波発生回路および周波数決定回路７２から超音波送信素子７３に超音波素子印加電圧ｂが印加される。これにより超音波送信素子７３は図２（ｂ）に示すところのＵＳ−ｏｎ時間とＵＳ−ｏｆｆ時間とを切替える。
【００５４】
図８（ｂ）に、他励式の超音波送信回路ブロック図を示す。この回路では、超音波送信制御信号ｃが正弦波発生回路７５に入力され、正弦波発生回路７５から超音波送信素子７６に超音波素子印加電圧ｄが印加される。他励式では、超音波送信制御信号ｃが超音波送信周波数を決定するだけではなく、超音波送信制御信号ｃおよび超音波素子印加電圧ｄの波形から分かるように、ＵＳ−ｏｎ時間とＵＳ−ｏｆｆ時間との制御も合わせて行う。
【００５５】
次に、図９（ａ）（ｂ）にバックライト２２の中のランプ２２ｂを点灯するインバータ２２ｃの回路ブロック図を示す。
【００５６】
図９（ａ）は、自励式のインバータ回路ブロック図である。この自励式回路では、インバータ周波数は点灯周波数決定回路８１であらかじめ設定される周波数であり、その周波数をもとに高電圧発生回路８２でトランスにより昇圧された高電圧のランプ印加電圧ｆがランプ２２ｂに印加され、ランプ２２ｂが放電し発光する。高電圧発生回路８２に対して、調光回路８３はインバータ制御信号ｅを基にＯＮ−ＯＦＦのタイミングを生成し、時間分割でランプ２２ｂを点灯、消灯させて調光を行う。一般に人間の目に対してチラつきがないようにするために、このランプ２２ｂの点灯、消灯の周波数は、６０Ｈｚ以上とされる。
【００５７】
図９（ｂ）は、他励式のインバータ回路ブロック図である。インバータ制御信号ｇが高電圧発生回路８５に入力され、高電圧発生回路８５で生成されたランプ印加電圧ｈがランプ２２ｂに印加される。他励式では、インバータ制御信号ｇおよびランプ印加電圧ｈの波形から分かるように、インバータ制御信号ｇはインバータ周波数を決定するだけではなく、ランプ点灯時間およびランプ消灯時間の制御も行う。
【００５８】
以上、超音波送信周波数を決定する回路ブロック図と、ランプインバータの点灯周波数すなわちインバータ周波数を決定する回路ブロック図とについて説明したが、本実施例においては、超音波デジタイザの超音波送信素子４２の超音波送信周波数と、液晶ディスプレイ２のバックライト２２のインバータ周波数（基本周波数）とが、異なる周波数となるように、設定をおこなう。
【００５９】
ここで、実用的な入出力一体型の液晶ディスプレイ表示装置を考えたときに、超音波送信周波数Ｆｕｓとインバータ周波数Ｆｉｎｖとの値の差が５ｋＨｚより大きい値であれば、ＦｕｓとＦｉｎｖとは異なるといえる。逆に５ｋＨｚ以下であればそれは、等しいといえる。
【００６０】
超音波送信周波数Ｆｕｓとインバータ周波数Ｆｉｎｖとが異なっているので、インバータ周波数Ｆｉｎｖが超音波送信周波数Ｆｕｓに干渉しにくい。従って、図１のデジタイザ装置１によれば、超音波の周波数とインバータの周波数との干渉が生じにくい入出力一体型ディスプレイ装置を実現することができる。
【００６１】
以後に「周波数が異なる」と記載するとき、それは、５ｋＨｚより大きい差がある場合を示す。
【００６２】
また、本実施例においては、前述したように、インバータ２２ｃと受信ユニット３とは、液晶パネル２１を挟んで互いに向い合うように、それぞれ液晶パネル２１の端辺の外側に設けられている。このように、受信ユニットとインバータとは互いに距離を大きく離して配置することが好ましい。これにより、インバータ周波数Ｆｉｎｖによる超音波受信周波数Ｆｕｓへの干渉ノイズはさらに低減されて、ペン４の座標表示の再現性がよい品質の高い超音波デジタイザを利用した、入出力一体型ディスプレイ表示装置が提供可能となる。
【実施例２】
【００６３】
実施例１で述べた超音波送信波形は、図２（ａ）に示すように、比較的正弦波に近いものとなるが、ランプ２２ｂを点灯するインバータ周波数の電圧波形は必ずしも正弦波とはならない。つまりひずんだ波形となるために、基本周波数以外にも２倍、３倍の高次成分を含むこととなる。
【００６４】
以下に、デジタイザ装置１において、ランプ２２ｂへの印加電圧がインバータ周波数の１次の周波数成分（基本周波数成分）だけではないことを説明する。一般に、液晶ディスプレイ用の高効率なランプには、冷陰極管などのランプが使用されるために、ランプへ印加される電圧は非常に大きなものとなり、実際、実効値で数百Ｖｒｍｓから数千Ｖｒｍｓにもなる。ランプの負荷特性やインバータ回路のトランスの能力の低さの点で、ランプに、純粋な正弦波形の電圧を印加することはきわめて困難となる。
【００６５】
それでは、実際どのような電圧波形がランプ２２ｂに印加されるかということについて、図１０および図１１にその電圧波形を幾種類か示しながら説明する。
【００６６】
図１０（ａ）は、インバータ回路が十分な能力を有する場合のランプ電圧波形である。
ランプは理想的な正弦波形ｓｉｎ（ω）でドライブされる。
【００６７】
図１０（ｂ）は、インバータ回路の能力不足により、ランプ電圧波形が歪んでいる様子を、１次から３次までの周波数成分によりシミュレーションし表示した波形である。高次の成分比率は、「Ｓｉｎ（ω）＋１／６Ｓｉｎ（２ω）＋１／６Ｓｉｎ（３ω）」で示される。
【００６８】
図１１（ａ）は、インバータ回路のさらなる能力不足により、ランプ電圧波形がさらに歪んでいる様子を、１次から３次までの周波数成分によりシミュレーションし表示した波形である。高次の成分比率は、「Ｓｉｎ（ω）＋１／９Ｓｉｎ（２ω）＋１／３Ｓｉｎ（３ω）」で示される。
【００６９】
図１１（ｂ）は、インバータ回路のさらなる能力不足により、ランプ電圧波形がさらに歪んでいる様子を、１次から３次までの周波数成分によりシミュレーションし表示した波形である。高次の成分比率は、「Ｓｉｎ（ω）＋１／２Ｓｉｎ（２ω）＋１／３Ｓｉｎ（３ω）」で示される。
【００７０】
ランプ２２ｂへの印加電圧波形を示すには、３次の周波数成分までで十分な近似が可能である。なぜなら、４次以降の成分は、比率的にほとんど寄与せず、また、例えば３０ｋＨｚで点灯するランプ２２ｂにおいて、４次の波形成分は１２０ｋＨｚとなり、これ以上の周波数成分は、ランプ２２ｂを点灯する能力が極めて小さいからである。
【００７１】
以上から、インバータ周波数の基本周波数成分以外にも２倍、３倍の高次成分を考慮して、超音波送信周波数とインバータ周波数の基本周波数（１倍）、基本周波数の２倍、基本周波数の３倍の各３つの周波数とが、干渉しあわないように異なる値となるように設定を行うようにしてもよい。このようにすれば、インバータの周波数成分のほとんどが超音波の周波数と異なるので、より一層、インバータの周波数が超音波の周波数に干渉しにくい。
【実施例３】
【００７２】
本実施例では、デジタイザ装置１において、超音波送受信周波数Ｆｕｓとインバータ周波数Ｆｉｎｖとの互いの干渉問題をシンプルに解決できる方法を説明する。その方法は、以下の式で満たされる周波数の選択方法である。
【００７３】
Ｆｕｓ  ＜  Ｆｉｎｖ
つまり、インバータ周波数（基本周波数）Ｆｉｎｖを超音波送受信周波数Ｆｕｓよりも大きくする。実施例２で述べたように超音波送信波形は正弦波に近く、ほとんど基本周波数成分のみであるため、上記式の条件をとることにより、インバータ周波数の基本周波数および高次の周波数は必然的に超音波周波数よりも大きくなり、インバータ２２ｃのノイズ周波数は、基本的に超音波の発振周波数とは干渉しなくなる。
【００７４】
この条件のメリットは、デジタイザ装置１を実現するときに、インバータ周波数（基本周波数）Ｆｉｎｖが超音波送信周波数Ｆｕｓより大きく設定されているために、必然的にインバータ周波数Ｆｉｎｖの２倍、３倍の周波数成分は、超音波送信周波数Ｆｕｓと干渉しないという点である。この条件は、両者の周波数の基本周波数のみに着目し条件を満たせばよいので、超音波送信／受信素子の設計自由度が増すとともに、インバータ２２ｃの駆動回路の設計自由度も増す。
【実施例４】
【００７５】
図１のデジタイザ装置１においてインバータ２２ｃを用いてランプ２２ｂを点灯しかつその明るさを調整する、すなわち調光するときには、図１２に示すように、インバータＯＮ時間ＩＮＶ−ｏｎの間ランプ２２ｂを点灯しインバータＯＦＦ時間ＩＮＶ−ｏｆｆの間ランプ２２ｂを消灯しこれを繰り返すことで、インバータ点灯サイクル周期ＩＮＶ−ｃｙｃをつくるシーケンスとなる。
【００７６】
従って、インバータ点灯サイクル周期ＩＮＶ−ｃｙｃと図３（ｂ）に示す超音波受信サイクル周期ＵＳ−ｃｙｃとが互いに同期をとることで、インバータ２２ｃの調光信号を超音波の受信タイミングを基準に生成してインバータ２２ｃの動作期間を超音波の受信期間に対して制御することができるといったように、より木目細かにノイズを除去できるデジタイザ装置１が実現できるようになる。ここで同期をとるとは、すなわち、ｎ×（ＩＮＶ−ｃｙｃ）＝ｍ×（ＵＳ−ｃｙｃ）の式で表せるようなタイミングになるようにシーケンスを組むことである。この式において、ｎおよびｍは１以上の整数である。
【００７７】
このシーケンスを実現する為のブロック図を図１３に示す。すなわち、ペン４より送信される赤外線と超音波とを、赤外線受信素子３１、超音波受信素子３２、超音波受信素子３３の各素子で受信して、増幅回路４１〜４３、ＡＤ回路５１〜５３を通して、マイコン等の演算部６０に伝達する。ここで、受信素子３１〜３３での受信直後の波形は、図５に示すものであるが、演算部６０に伝達される直前では、図１４に示すように各受信波がパルスに置き換えられたものとなっている。
【００７８】
演算部６０は、ペン４から送信される超音波の超音波送信サイクル周期ＵＳ−ｃｙｃを、受信ユニット３で受信し伝達された信号をもとに超音波受信サイクル周期ＵＳ−ｃｙｃとして認識し、さらにそのタイミングから超音波受信サイクル周期ＵＳ−ｃｙｃと同期した形で、インバータ２２ｃの調光信号を生成する。生成されたインバータ２２ｃの調光信号が、図９（ａ）・（ｂ）に示すところのインバータ制御信号ｅ・ｇとして、演算部６０からインバータ２２ｃへ入力されることで、インバータ点灯サイクル周期ＩＮＶ−ｃｙｃと超音波受信サイクル周期ＵＳ−ｃｙｃとは同期をとることが可能となる。
【００７９】
実際の回路では、ペン４は無線で送信を行うため受信側とは切り離されており、ペン４の例えば赤外線信号を基準として、受信側で受信した赤外線信号のタイミングにあわせて、インバータ２２ｃの調光機能を同期させる。
【００８０】
さらに、赤外線の送受信をもとにしたシーケンスにおいて、実際に使用する液晶パネル２１の中での、赤外線と超音波との最大到達時間差を予め見積もることにより、赤外線を受信した直後から、見積もった最大到達時間差を加えたものを、超音波が送受信されている時間として考える。この最大到達時間差は、使用する液晶パネル２１の中でペン４がタッチされる場所の中で、各超音波受信素子３２・３３からもっとも遠いところまでの距離をＬ（ＭＡＸ）とし、音速をＶｓｏｕｎｄとすると、Ｌ（ＭＡＸ）÷Ｖｓｏｕｎｄの式で計算することが可能である。
【００８１】
なお、インバータ２２ｃのインバータ点灯サイクル周期ＩＮＶ−ｃｙｃに対応する実用周波数は６０Ｈｚ〜３００Ｈｚである。この上下限は、６０Ｈｚより下の値で点灯消灯を繰り返すと見た目チラツキが確認され、３００Ｈｚ以上での点灯消灯は、回路の消費電力増大等の問題があることから決定される。一般的には、使用するインバータ点灯サイクル周期ＩＮＶ−ｃｙｃに対応する周波数の範囲は、１００Ｈｚ〜２４０Ｈｚぐらいが好ましい。
【００８２】
また、超音波受信サイクル周期ＵＳ−ｃｙｃに対応する周波数は、ペン４で手書き入力を行う時のサンプリング周波数そのものである。実際は２０Ｈｚ〜３００Ｈｚで使用するのが好ましい。この周波数を高くすると、人間がペン４を素早く移動しても表示が遅れるといった違和感がなくなり、２００Ｈｚ〜３００Ｈｚでほぼ感じなくなる。ただし、超音波を送信するペン４が電池駆動される場合、この周波数が高くなるとほぼ比例してペン４の消費電力が増加してしまい、ペン４の電池の持ち時間が激減する。
【００８３】
従って、ｎ＝ｍとする場合、両サイクルを１００Ｈｚに揃えれば７割程度の人が違和感を覚えない周波数とすることができる。また、電池寿命を重視する場合には５０Ｈｚといったように周波数を低下させればよい。
【００８４】
このような状況から、必ずしもｎ＝ｍとせず、２ｎ＝ｍ、ｎ＝２ｍといったように、インバータ点灯サイクル周期ＩＮＶ−ｃｙｃと超音波受信サイクル周期ＵＳ−ｃｙｃとが、ｎ×（ＩＮＶ−ｃｙｃ）＝ｍ×（ＵＳ−ｃｙｃ）の関係を満たす異なる周期となるような組み合わせで使用する方が好ましい場合もある。
【実施例５】
【００８５】
本実施例では、実施例４に示すところの、インバータ点灯サイクル周期ＩＮＶ−ｃｙｃと超音波受信サイクル周期ＵＳ−ｃｙｃとが同期をとっている状態において、図１５に示すようなシーケンスとなるようにする。すなわち、本実施例では、超音波が送信されてから受信するまでの間、インバータ２２ｃを休止させることで、干渉を防ぐ。
【００８６】
つまり、ランプが消灯しているＩＮＶ−ｏｆｆ時間の間のインバータ周波数Ｆｉｎｖ＝０ｋＨｚである。このときに、超音波送受信が行われており、超音波送信周波数Ｆｕｓはインバータ周波数Ｆｉｎｖと異なる。また、ランプが点灯しているＩＮＶ−ｏｎの間のインバータ周波数Ｆｉｎｖは、超音波送信周波数Ｆｕｓ＝０ｋＨｚと異なる。超音波を受信する間とランプ点灯を行う間とが重ならないので、確実にインバータ２２ｃの周波数が超音波の周波数に干渉しにくくなる。
【００８７】
シーケンス図１５は、ｎ×（ＩＮＶ−ｃｙｃ）＝ｍ×（ＵＳ−ｃｙｃ）において、ｎ＝ｍ＝１の図である。
【００８８】
ｎ＝ｍ＝１の場合、ｎ＜ｍの場合と比べて、上述のように超音波が送信されているときにランプが点灯することがないようにすることができるという点で好ましく、ｎ＞ｍの場合と比べて超音波が送信されていないときにランプの輝度を低下させるようなインバータ２２ｃの無駄な休止がないという点で好ましい。
【実施例６】
【００８９】
デジタイザ装置１の超音波受信素子３２・３３で受信した超音波は、図７や図１３に示すところのアンプ等の増幅回路４２・４３によって増幅される。本実施例では、このとき（実施例１〜５の全てを含む）に、超音波受信波形のＳ／Ｎ比を改善するために、アンプ等に超音波送信周波数を中心としたバンドパスフィルター機能を設ける。このアンプ等に設けられるバンドパスフィルターの中心周波数と、インバータ周波数とが、異なる周波数となるようにする。異なる周波数とは、前述と同様に、５ｋＨｚ以上異なる周波数を指す。このバンドパスフィルターにより、超音波受信周波数とインバータ周波数とによる干渉ノイズはさらに低減されて、ペン４の座標表示の再現性がよい品質の高い超音波デジタイザを利用した、入出力一体型ディスプレイ表示装置が提供可能となる。
【００９０】
本発明は上述した各実施例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、異なる実施例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実施例についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明は、入出力一体型液晶ディスプレイ表示装置に好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の実施形態を示すものであり、入出力一体型ディスプレイ表示装置の構成を示す分解斜視図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、図１の入出力一体型ディスプレイ表示装置のペンが送信する超音波の送信波形を示す波形図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、図１の入出力一体型ディスプレイ表示装置の超音波受信素子が受信する超音波の受信波形を示す波形図である。
【図４】図１の入出力一体型ディスプレイ表示装置の部材のレイアウトを示す平面図である。
【図５】図１の入出力一体型ディスプレイ表示装置の赤外線および超音波の受信検出波形を示す波形図である。
【図６】入出力一体型ディスプレイ表示装置の３点測量によるペン入力座標の検出方法を示す平面図である。
【図７】図１の入出力一体型ディスプレイ表示装置の赤外線および超音波の受信から表示部による表示までの信号の流れを示すブロック図である。
【図８】（ａ）および（ｂ）は、図１の入出力一体型ディスプレイ表示装置の超音波送信回路を示すブロック図である。
【図９】（ａ）および（ｂ）は、図１の入出力一体型ディスプレイ表示装置のインバータ回路を示すブロック図である。
【図１０】（ａ）および（ｂ）は、図１の入出力一体型ディスプレイ表示装置のインバータによるランプ印加電圧の波形を示す波形図である。
【図１１】（ａ）および（ｂ）は、図１の入出力一体型ディスプレイ表示装置のインバータによるランプ印加電圧の波形を示す他の波形図である。
【図１２】図１の入出力一体型ディスプレイ表示装置のインバータ点灯サイクル周期を示す波形図である。
【図１３】図１の入出力一体型ディスプレイ表示装置の同期点灯／消灯を実現するための信号の流れを示すブロック図である。
【図１４】図５の波形を２値化して示す波形図である。
【図１５】図１３の同期点灯／消灯のシーケンスの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００９３】
１            デジタイザ装置（入出力一体型ディスプレイ表示装置）
３            受信ユニット
２１          液晶パネル（表示部）
２２ｂ        ランプ
２２ｃ        インバータ
【図１】
2006048305.tif 000003
【図２】
2006048305.tif 000004
【図３】
2006048305.tif 000005
【図４】
2006048305.tif 000006
【図５】
2006048305.tif 000007
【図６】
2006048305.tif 000008
【図７】
2006048305.tif 000009
【図８】
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【図９】
2006048305.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2006048305.tif 000015
【図１４】
2006048305.tif 000016
【図１５】
2006048305.tif 000017