(57)【要約】【課題】無線ペンとして具備されると共に２つの超音波発信器を有する入力用ペンを備えたペン入力表示装置において、簡易な構成にて該入力用ペンの傾きを補正する。【解決手段】超音波送信器２１・２２から送信される超音波信号からは、超音波信号検出部３１ａ・３１ｂおよび検出値処理部３３ａ・３３ｂにおいて各超音波送信器２１・２２と各超音波受信器１２・１３との間での距離が算出される。算出された上記距離値からは、傾き補正処理部３４および座標変換処理部３５において入力用ペンの傾き補正を含んだ位置検出が行われる。また、赤外線送信器２３から送信される赤外線信号は、超音波信号の信号到達時間を計測するためのトリガとして用いられると共に、上記超音波信号が何れの超音波送信器から送信されたものであるかを装置本体側にて識別するための識別信号として用いられる。【選択図】  図１
2004192142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力用ペンを用いた表示パネル上でのペン入力が行え、該入力用ペンを装置本体に対して無線ペンとして具備するペン入力表示装置において、
上記入力用ペンに、少なくとも２つの超音波送信器と、少なくとも１つの赤外線または電波送信器とを有し、
上記装置本体に、少なくとも２つの超音波受信器と、少なくとも１つの赤外線または電波受信器とを有すると共に、
さらに、超音波送信器と超音波受信器との間の各距離を検出する距離検出手段と、
上記距離検出手段によって検出された距離値から入力用ペンの傾き補正を含んだ入力座標検出を行う入力座標検出手段とを有することを特徴とするペン入力表示装置。
【請求項２】
上記２つの超音波送信器が同時に超音波信号の送信を行わないことを特徴とする請求項１に記載のペン入力表示装置。
【請求項３】
上記赤外線または電波送信器は、各超音波送信器から送信される超音波信号と対で送信される赤外線または電波信号を、各超音波送信器に対して異なる波形にて送信するものであり、
上記装置本体に、上記赤外線または電波受信器で受信した赤外線または電波信号の波形を認識して、上記赤外線または電波受信器での赤外線または電波信号受信直後に受信した超音波信号が、何れの超音波送信器から送信されたものであるかを識別する識別手段を備えることを特徴とする請求項２に記載のペン入力表示装置。
【請求項４】
上記赤外線または電波送信器は、各超音波送信器から送信される超音波信号のうち、特定の超音波送信器から送信される超音波信号に対して同時に赤外線または電波信号を送信するものであり、
上記装置本体に、上記赤外線または電波受信器での赤外線または電波信号受信直後に受信した超音波信号が上記特定の超音波送信器から送信されたものであることを識別すると共に、他の超音波送信器から送信される超音波信号については、上記赤外線または電波受信器での赤外線または電波信号の受信からの所定時間の計測に基づいて超音波信号の送信タイミングを決定する識別手段を備えることを特徴とする請求項２に記載のペン入力表示装置。
【請求項５】
少なくとも２つの赤外線または電波送信器と、少なくとも１つの赤外線または電波受信器とを有する装置本体と、
少なくとも２つの超音波送信器と、少なくとも１つの赤外線または電波送信器とを有する入力用ペンとを備えていると共に、
上記超音波送信器から送信される超音波信号は、各超音波送信器と各超音波受信器との間での信号到達時間から各超音波送信器と各超音波受信器との距離値を算出し、算出された距離値に基づいて入力用ペンの傾き補正を含んだ位置検出を行うために用いられるものであり、
上記赤外線または電波信号は、上記超音波信号の信号到達時間を計測するためのトリガとして用いられると共に、上記超音波信号が何れの超音波送信器から送信されたものであるかを装置本体側にて識別するための識別信号として用いられることを特徴とするペン入力表示装置。
【請求項６】
上記赤外線または電波信号は、各超音波送信器から送信される超音波信号と対で送信されるものであると共に、各超音波送信器に対して異なる波形にて送信されるものであり、
上記装置本体側では、上記赤外線または電波受信器で受信した赤外線または電波信号の波形を認識し、該赤外線または電波信号受信直後に受信した超音波信号が何れの超音波送信器から送信されたものであるかを、該赤外線または電波信号の波形に基づいて識別することを特徴とする請求項５に記載のペン入力表示装置。
【請求項７】
上記赤外線または電波信号は、各超音波送信器から送信される超音波信号のうち、特定の超音波送信器から送信される超音波信号に対してのみ同時に送信されるものであり、
上記装置本体側では、上記赤外線または電波受信器での赤外線または電波信号受信直後に受信した超音波信号が上記特定の超音波送信器から送信されたものであることを識別すると共に、他の超音波送信器から送信される超音波信号については、該赤外線または電波信号の受信からの所定時間の計測に基づいて該超音波信号を送信する超音波送信器を特定することを特徴とする請求項５に記載のペン入力表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ペン入力によって入力された位置情報を検出して、その入力位置座標を求めることのできるペン入力表示装置に関し、特に、入力用ペンが内部に制御部を備えた無線ペンであるペン入力表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、表示画面上でのペン入力を可能とするペン入力表示装置において、超音波ペン入力方式が周知となっている。この方式では、入力用ペンに搭載された超音波送信器から発信される超音波を、液晶表示パネルに搭載された受信器によって受信し、その受信結果から液晶表示パネルに対する入力用ペンの相対位置を演算して入力位置を求めることができる。このような超音波ペン入力方式を開示する文献としては、例えば、米国特許公報である特許文献１が挙げられる。
【０００３】
以下に図９ないし図１２を参照して、超音波ペン入力方式について説明する。
【０００４】
例えば、特許文献１の構成では、図９に示すように、表示パネル１００の近傍にペン入力用ユニット１０１が配置され、ペン入力用ユニット１０１上には２つの超音波受信器１０２・１０３、および１つの赤外線受信器１０４が配置されている。一方、入力用ペン１１０は、超音波送信器１１１、赤外線送信器１１２を有していると共に、そのペン先がスイッチとなっている。また、入力用ペン１１０は、表示パネル１００およびペン入力用ユニット１０１に対して無線ペンとして具備されている。
【０００５】
次に、上記構成の超音波ペン入力方式における入力座標位置の検出方法について説明する。
【０００６】
入力用ペン１１０が表示パネル１００または紙等に接触すると、ペン先に内蔵されたスイッチが入り、超音波送信器１１１より超音波信号が、赤外線送信器１１２より赤外線信号が周期的に同時に発信される。そして、超音波信号の発信から受信までにかかる信号到達時間が上記超音波受信器１０２・１０３のそれぞれにおいて計測される。この時、赤外線信号は約０．３ｍの距離を発信から約１ｎ秒経後に赤外線受信器１０４に到達する。一方、超音波信号は、約０．３ｍの距離を発信から約１μ秒後に超音波受信器１０２・１０３に到達する。
【０００７】
つまり、図１０に示すように、入力用ペン１１０と超音波受信器１０２・１０３との距離Ｌ１、Ｌ２は、図１１における超音波信号の送信から受信までの到達時間差を計算することで求めることができる。ここで、超音波の進む速度にくらべて赤外線の進む速度は十分大きいので、赤外線信号の送受信での到達時間差を０と見なす。すなわち、赤外線受信器１０４における赤外線信号の受信時を仮想的に超音波信号の送信時と見なすことにより、上記信号到達時間の計測は赤外線信号の受信をトリガとして開始される。
【０００８】
入力用ペン１１０と超音波受信器１０２・１０３との距離Ｌ１、Ｌ２は、超音波信号の伝播速度（すなわち音速）をＶＬとすると、
Ｌ１＝ＶＬ×ｔ１  （ｔ１＝超音波受信器１０２での到達時間差）
Ｌ２＝ＶＬ×ｔ２  （ｔ２＝超音波受信器１０３での到達時間差）
となる。また、Ｌ０はあらかじめ配置された超音波受信器１０２・１０３間の距離であり、固定の値である。これにより、図１０に示すＬ０、Ｌ１、Ｌ２の３つの距離が求まり、三角法をもちいて入力用ペン１１０の座標である（Ｘ、Ｙ）が決定される。
【０００９】
ところが、入力用ペン１１０において１つの超音波送信器１１１を用いる上記方式では、入力用ペン１１０を傾けるとペン先と表示する位置とがずれるという問題がある。すなわち、図１２に示すところの、ペン先座標位置と表示座標位置とが異なる。
【００１０】
このような位置ずれは、入力用ペン１１０において、入力用ペン１１０の先端に超音波送信器１１１を配置するのが機構的に困難なために、超音波送信器１１１がペン先からある程度の高さを持って配置されることによって発生する。すなわち、ペン入力時において入力用ペン１１０が傾いていると、この高さのために、超音波送信器１１１の位置がペン先からずれてしまう。例えば、超音波送信器１１１がペン先より５ｍｍの高さに搭載されていると、入力用ペン１１０を４５度傾けた場合、ペン先座標位置と表示座標位置とのズレの距離は約３．５ｍｍとなる（超音波搭載位置の中心高さ＝ｈ、入力用ペンの傾きθとすると、表示座標位置とのズレ＝ｈ×ｓｉｎθとなる。今、ｈ＝５ｍｍ、θ＝４５°では、ズレ＝約３．５ｍｍとなる。）。
【００１１】
特許文献２では、上記問題を解決するものとして、入力用ペンに２つの超音波送信器を備えた構成のデジタイザが開示されている。すなわち、上記特許文献２の構成では、入力用ペンの軸上で離れて配置される２つの超音波送信器のそれぞれについて表示パネル上での（Ｘ、Ｙ）座標を求め、この（Ｘ、Ｙ）座標と超音波送信器の入力用ペン上での位置とに基づいて該入力用ペンの傾きを補正し、実際のペン先座標位置を求めることができる。
【００１２】
【特許文献１】
米国特許第４８１４５５２号明細書
【００１３】
【特許文献２】
特開昭６１−４４３７８号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記特許文献２に記載のデジタイザでは、上記傾き補正を行うために、超音波受信器で受信している超音波信号が何れの超音波送信器から発信されているものであるかを受信側にて正確に特定する必要がある。
【００１５】
ここで、上記特許文献２の構成では、入力用ペンは表示パネルおよびペン入力ユニットからなる表示装置本体（以下、装置本体）に対して有線ペンとして設けられており、該入力用ペンに備えられた超音波送信器を駆動するための信号は装置本体側から供給されている。このため、超音波信号の受信側となる装置本体側においては、この駆動信号を見ることによって、その時点で超音波信号を発信している超音波送信器の特定することは容易であると考えられる。
【００１６】
しかしながら、上述のように入力用ペンを装置本体に対して有線ペンとして設ける構成ではユーザにとっての使い勝手が悪いといった面がある。そして、ユーザにとっての使い勝手を高めるために入力用ペンを無線ペンによって備える場合には、超音波送信器の特定を簡便に行うことが困難になるといった問題がある。
【００１７】
例えば、無線ペンにおける超音波送信器の特定を行う方法の一つとして、何れの超音波送信器が信号を送信しているかの情報を、装置本体と入力用ペンとの間で送信するための通信システムを設けることが考えられる。しかしながら、この方法は、上記通信システムにかかる機構を装置本体と入力用ペンとの両方で設ける必要があり、表示装置の大型化、コストアップおよび消費電力の増大等といった多くのデメリットを招来する。
【００１８】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、無線ペンとして具備されると共に２つの超音波発信器を有する入力用ペンを備えたペン入力表示装置において、簡易な構成にて該入力用ペンの傾きを補正することができるペン入力表示装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明のペン入力表示装置は、上記の課題を解決するために、入力用ペンを用いた表示パネル上でのペン入力が行え、該入力用ペンを装置本体に対して無線ペンとして具備するペン入力表示装置において、上記入力用ペンに、少なくとも２つの超音波送信器と、少なくとも１つの赤外線または電波送信器とを有し、上記装置本体に、少なくとも２つの超音波受信器と、少なくとも１つの赤外線または電波受信器とを有すると共に、さらに、超音波送信器と超音波受信器との間の各距離を検出する距離検出手段と、上記距離検出手段によって検出された距離値から入力用ペンの傾き補正を含んだ入力座標検出を行う入力座標検出手段とを有することを特徴としている。
【００２０】
上記の構成によれば、上記距離検出手段において超音波送信手段と超音波受信手段との間の各距離値が求められ、これらの距離値から上記入力座標検出手段において表示パネル上での入力座標が幾何学的に算出される。また、上記入力座標検出手段は、入力用ペンにおける２つ以上の超音波送信器と超音波受信器との距離値を用いて、入力用ペンの傾き補正を含む、ペン先座標と表示座標との間のずれが無い高精度の入力座標検出を行うことができる。
【００２１】
さらに、上記入力用ペンは、装置本体において無線ペンとして備えられることにより、ユーザにとっての使い勝手が良いといった利点がある。
【００２２】
また、上記ペン入力表示装置においては、上記２つの超音波送信器が同時に超音波信号の送信を行わない構成とすることが好ましい。
【００２３】
上記の構成によれば、入力用ペンに備えられる各超音波送信器を同一の周波数特性を持った送信器として具備することができ、これにより、各超音波送信器から送信される超音波信号を受信する超音波受信器を全ての超音波送信器に対して共有化できる。
【００２４】
また、上記ペン入力表示装置においては、上記赤外線または電波送信器は、各超音波送信器から送信される超音波信号と対で送信される赤外線または電波信号を、各超音波送信器に対して異なる波形にて送信するものであり、上記装置本体に、上記赤外線または電波受信器で受信した赤外線または電波信号の波形を認識して、上記赤外線または電波受信器での赤外線または電波信号受信直後に受信した超音波信号が、何れの超音波送信器から送信されたものであるかを識別する識別手段を備える構成とすることができる。
【００２５】
上記の構成によれば、上記赤外線送信器から送信される赤外線信号は、各超音波送信器から送信される超音波信号と同時に送信され、その赤外線信号の波形を検出することによって、上記識別手段では、該赤外線信号と同時に送信された超音波信号が何れの超音波送信器から送信されたものであるかを識別することができる。
【００２６】
これにより、上記入力座標検出手段での傾き補正を行うために、超音波受信器で受信している超音波信号が何れの超音波送信器から発信されているものであるかを受信側の装置本体にて特定するための手段を簡単な構成にて提供することができる。
【００２７】
また、上記ペン入力表示装置においては、上記赤外線または電波送信器は、各超音波送信器から送信される超音波信号のうち、特定の超音波送信器から送信される超音波信号に対して同時に赤外線または電波信号を送信するものであり、上記装置本体に、上記赤外線または電波受信器での赤外線または電波信号受信直後に受信した超音波信号が上記特定の超音波送信器から送信されたものであることを識別すると共に、他の超音波送信器から送信される超音波信号については、上記赤外線または電波受信器での赤外線または電波信号の受信からの所定時間の計測に基づいて超音波信号の送信タイミングを決定する識別手段を備える構成とすることができる。
【００２８】
上記の構成によれば、上記赤外線送信器から送信される赤外線信号は、各超音波送信器から送信される超音波信号のうち、特定の超音波送信器から送信される超音波信号に対してのみ同時に送信される。そして、上記識別手段では、赤外線受信器での赤外線信号受信直後に受信した超音波信号が上記特定の超音波送信器から送信されたものであることと識別され、他の超音波送信器から送信される超音波信号については、上記赤外線受信器での赤外線信号の受信からの所定時間の計測に基づいて超音波信号の送信タイミングを決定されるので、装置本体側で受信された超音波信号が何れの超音波送信器から送信されたものであるかを識別することができる。
【００２９】
これにより、上記入力座標検出手段での傾き補正を行うために、超音波受信器で受信している超音波信号が何れの超音波送信器から発信されているものであるかを受信側にて特定するための手段を簡単な構成にて提供できる。
【００３０】
また、上記赤外線送信器は、超音波信号が送信されるたびに同時に赤外線信号を送信するものではないので、赤外線信号の送信回数を減らすことができ、入力用ペンにおける消費電力を大幅に低減することができる。
【００３１】
また、本発明のペン入力表示装置は、上記の課題を解決するために、少なくとも２つの赤外線または電波送信器と、少なくとも１つの赤外線または電波受信器とを有する装置本体と、少なくとも２つの超音波送信器と、少なくとも１つの赤外線または電波送信器とを有する入力用ペンとを備えていると共に、上記超音波送信器から送信される超音波信号は、各超音波送信器と各超音波受信器との間での信号到達時間から各超音波送信器と各超音波受信器との距離値を算出し、算出された距離値に基づいて入力用ペンの傾き補正を含んだ位置検出を行うために用いられるものであり、上記赤外線または電波信号は、上記超音波信号の信号到達時間を計測するためのトリガとして用いられると共に、上記超音波信号が何れの超音波送信器から送信されたものであるかを装置本体側にて識別するための識別信号として用いられることを特徴としている。
【００３２】
また、上記ペン入力表示装置においては、上記赤外線または電波信号は、各超音波送信器から送信される超音波信号と対で送信されるものであると共に、各超音波送信器に対して異なる波形にて送信されるものであり、上記装置本体側では、上記赤外線または電波受信器で受信した赤外線または電波信号の波形を認識し、該赤外線または電波信号受信直後に受信した超音波信号が何れの超音波送信器から送信されたものであるかを、該赤外線または電波信号の波形に基づいて識別する構成とすることができる。
【００３３】
また、上記ペン入力表示装置においては、上記赤外線または電波信号は、各超音波送信器から送信される超音波信号のうち、特定の超音波送信器から送信される超音波信号に対してのみ同時に送信されるものであり、上記装置本体側では、上記赤外線または電波受信器での赤外線または電波信号受信直後に受信した超音波信号が上記特定の超音波送信器から送信されたものであることを識別すると共に、他の超音波送信器から送信される超音波信号については、該赤外線または電波信号の受信からの所定時間の計測に基づいて該超音波信号を送信する超音波送信器を特定する構成とすることができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について図１ないし図８に基づいて説明すれば、以下の通りである。先ず、本実施の形態に係るペン入力表示装置の構成を図１に示す。
【００３５】
上記ペン入力表示装置は、表示パネルに直接ペン入力する入出力一体型の表示装置を例示するものであり、図１に示すように、液晶表示パネル１０、ペン入力用ユニット１１、入力用ペン２０、および表示制御部３０を備えた構成である。液晶表示パネル１０、ペン入力用ユニット１１、および入力用ペン２０は、図９において示した液晶表示パネル１００、ペン入力用ユニット１０１と同様の構成である。
【００３６】
すなわち、上記ペン入力表示装置では、液晶表示パネル１０の近傍にペン入力用ユニット１１が配置され、ペン入力用ユニット１１上には２つの超音波受信器１２・１３、および１つの赤外線受信器１４が配置されている。尚、ペン入力用ユニット１１における超音波受信器１２・１３および赤外線受信器１４の配置位置は、液晶表示パネル１０の外縁部に配置されるものであれば上記図１の例に限定されるものではない。
【００３７】
また、入力用ペン２０は、図２に示すように、超音波送信器２１・２２（例えば、米国ＭＳＩ社製の圧電フィルム素子（材料：ＰＶＤＦ）やメーカーを特定しない圧電素子（材料：ＰＺＴ）など）、赤外線送信器２３（例えば、シャープ製ＬＥＤ）を有していると共に、そのペン先がスイッチ２４となっている。また、超音波送信器２１・２２、赤外線送信器２３は、入力用ペン２０の長手方向の中心軸に対して、積み上げられるような状態で整列されて配置される。これらの３つの送信器は、信号送信時に入力用ペン２０を握るユーザの手によって遮られることがないように、入力用ペン２０の先端部あるいは後端部に近い場所にそれぞれ配置されることが好ましい。
【００３８】
上記入力用ペン２０は、液晶表示パネル１０およびペン入力ユニット１１からなる表示装置本体（以下、装置本体）に対して無線ペンとして具備されるものであり、超音波送信器２１・２２、赤外線送信器２３における送信タイミングを制御するマイクロコンピュータ２５、電池２６、および増幅回路２７を内蔵している。
【００３９】
入力用ペン２０は、図３に示すように、スイッチ２４により液晶表示パネル１０への入力が検知された時（すなわち、入力用ペン２０のペン先が液晶表示パネル１０の表示面に接触した時）には、マイクロコンピュータ２５が増幅回路２７ａ〜２７ｃを介して超音波送信器２１・２２および赤外線送信器２３の出力制御を行う。超音波送信器２１・２２、赤外線送信器２３、増幅回路２７およびマイクロコンピュータ２５の駆動電源は電池２６により供給される。
【００４０】
表示制御部３０は、ペン入力用ユニット１１における検出結果に基づいて液晶表示パネル１０での表示制御を行うための手段であり、ＣＰＵ等にて具備される。上記表示制御部３０は、超音波信号検出部３１ａ・３１ｂ、赤外線信号検出部３２、検出値処理部３３ａ・３３ｂ、傾き補正処理部３４、座標変換処理部３５、および座標表示処理部３６を備えている。
【００４１】
次に、図４を用いてペン入力用ユニット１１の受信動作の概略を説明する。ペン入力用ユニット１１は、超音波受信器１２・１３（例えば、米国ＭＳＩ社製の圧電フィルム素子（材料：ＰＶＤＦ）やメーカーを特定しない圧電素子（材料：ＰＺＴ）など）、赤外線受信器１４（例えば、シャープ製フォトトランジスタ）、および増幅回路１５ａ・１５ｂを備えている。上記ペン入力用ユニット１１において、超音波受信器１２・１３、赤外線受信器１４は、入力用ペン２０から送信される超音波信号および赤外線信号を受信すると、その受信信号を電気信号に変換して出力する。
【００４２】
超音波受信器１２・１３、赤外線受信器１４から出力される受信信号は、増幅回路１５ａ〜１５ｃにおいて増幅されて表示制御部３０に入力される。表示制御部３０は、それぞれの受信信号から入力用ペン２０における超音波送信器２１・２２と超音波受信器１２・１３との距離を求める。また、表示制御部３０は、その距離値に基づいて入力用ペン２０のペン先座標位置を傾き補正を含んだ座標として計算し、液晶表示パネル１０の表示制御を行う。尚、図４の構成では、表示制御部３０はペン入力用ユニット１１の外部に記載されているが、表示制御部３０はペン入力用ユニット１１内部に含まれるものであってもよい。
【００４３】
続いて、上記構成のペン入力表示装置における詳細な処理動作を、図１、図５ないし図８を参照して説明する。
【００４４】
入力用ペン２０が液晶表示パネル１０に接触すると、ペン先に内蔵されたスイッチ２４が入り、超音波送信器２１・２２より超音波信号が、赤外線送信器２３より赤外線信号が同時に発信される。この超音波信号および赤外線信号は、ペン入力用ユニット１１の超音波受信器１２・１３および赤外線受信器１４によって受信される。ここで、入力用ペン２０における超音波送信器２１および超音波送信器２２は、同時に超音波信号を送信することはない。これは、以下の理由による。
【００４５】
超音波送信器２１および超音波送信器２２のそれぞれで送信される超音波信号は、２つの超音波受信器１２・１３のそれぞれにて受信される。一般に、超音波受信器には、受信する超音波信号の周波数について最も感度のよい周波数が存在する。このため、超音波送信器２１と超音波送信器２２とがそれぞれ異なる周波数で超音波信号を送信してきた場合には、別々の超音波受信器を用意する必要があるといった設計的な制約がある。すなわち、超音波送信器２１および超音波送信器２２における超音波信号の周波数がそれぞれ異なると、必要な超音波受信器の数が増加する。この設計的な制約から、超音波送信器２１・２２は同一の周波数特性を持った送信器として具備され、その超音波信号の送信タイミングをずらして使用される。
【００４６】
また、一方の超音波送信器が超音波信号を送信してから他方の超音波送信器が超音波信号を送信するまでの時間をほぼ等しくなるように設定すれば、超音波信号の干渉が最も少なく良好な受信が行える。本実施の形態では、超音波送信器２１・２２と超音波受信器１２・１３の共振周波数として、４０ｋＨｚ〜２４０ｋＨｚの値が好適に使用される。
【００４７】
超音波送信器２１または２２の超音波信号の発信から受信までにかかる信号到達時間は、表示制御部３０の超音波信号検出部３１ａ・３１ｂのそれぞれにおいて計測される。また、上記超音波信号検出部３１ａ・３１ｂでの信号到達時間の計測は、赤外線受信器１４での赤外線信号の受信をトリガとして計測が開始される。また、上記信号到達時間の計測にはクロックカウントによる測定等が利用可能である。
【００４８】
上記超音波信号検出部３１ａ・３１ｂにおいて計測された信号到達時間は、時間値として検出値処理部３３ａ・３３ｂに入力される。上記信号到達時間は、超音波送信器２１・２２のそれぞれから発信される超音波信号について、超音波受信器１２・１３の両方で計測される。尚、図１において、時間値Ａは超音波受信器１２において計測された信号到達時間、時間値Ｂは超音波受信器１３において計測された信号到達時間を示すものとする。
【００４９】
上記時間値Ａ・Ｂのそれぞれは、検出値処理部３３ａ・３３ｂにおいて検出値Ａ・Ｂに変換される。この検出値Ａ・Ｂは、時間値Ａ・Ｂに超音波信号の伝播速度（すなわち音速）を乗ずることによって求まるものであり、超音波送信器２１が超音波信号を発振している場合では、検出値Ａは超音波送信器２１と超音波受信器１２との距離、検出値Ｂは超音波送信器２１と超音波受信器１３との距離を示す。超音波送信器２２が超音波信号を発振している場合では、検出値Ａは超音波送信器２２と超音波受信器１２との距離、検出値Ｂは超音波送信器２２と超音波受信器１３との距離を示す。
【００５０】
上記検出値Ａ・Ｂは、検出値処理部３３ａ・３３ｂから傾き補正処理部３４へ送信され、傾き補正処理部３４では検出値Ａ・Ｂを用いて入力用ペン２０の傾き補正を行う。傾き補正の方法について図５、図６を用いて以下に説明する。
【００５１】
この傾き補正処理は、超音波受信器１２と超音波受信器１３とのそれぞれの検出結果に基づいて行われる。すなわち、超音波受信器１２についての傾き補正を例にとれば、図５におけるＬａは超音波送信器２１が超音波信号を発振している場合の検出値Ａに相当し、Ｌｂは超音波送信器２２が超音波信号を発振している場合の検出値Ａに相当する。同様に超音波受信器１３についての傾き補正を考えると、Ｌａは超音波送信器２１が超音波信号を発振している場合の検出値Ｂに相当し、Ｌｂは超音波送信器２２が超音波信号を発振している場合の検出値Ｂに相当する。
【００５２】
図５より、１つの超音波送信器を用いて送信器−受信器間距離（すなわち、ＬａまたはＬｂ）を求めると、入力用ペン２０に傾きがある場合、送信器−受信器間距離がペン先−受信器間距離に一致しないことは明らかである。
【００５３】
次に、傾き補正の算出原理を示す幾何学図を図６に示す。図６におけるＬは、入力用ペン２０のペン先と超音波受信器１２（または１３）との距離を示すものであり、このＬの値が該傾き補正の演算により求めようとする値である。また、ｄ１はペン先と超音波送信器２１との距離、ｄ２はペン先と超音波送信器２２との距離、ｄ０はｄ１＋ｄ２であり、ｄ０，ｄ１，ｄ２は、超音波送信器２１・２２の搭載位置によって任意に決まる値（定数）である。
【００５４】
以上の表記から、求めたい距離Ｌは、以下の式で計算される。
【００５５】
Ｌ＝√｛（ｄ０×Ｌａ２−ｄ１×Ｌｂ２）／ｄ２＋α｝
（α＝ｄ０３／ｄ２−ｄ０２−ｄ０ｄ１２／ｄ２）
これのより、入力用ペン２０が２つの超音波送信器を備えた構成では、各超音波送信器と超音波受信器とのそれぞれの距離Ｌａ，Ｌｂを用いた傾き補正演算により、入力用ペン２０を傾けてもペン先座標表示位置と表示座標位置とのズレが生じない位置検出が可能となる。
【００５６】
尚、上記図５および図６の説明に基づく傾き補正演算により、超音波受信器１２−ペン先間距離、および超音波受信器１３−ペン先間距離の両方が求められる。こうして、超音波受信器１２−ペン先間距離および超音波受信器１３−ペン先間距離のそれぞれが求まると、これらが補正検出値として傾き補正処理部３４から座標変換処理部３５へ送られる。
【００５７】
座標変換処理部３５は、こうして入力された超音波受信器１２・１３のそれぞれに対して求められる２つの補正検出値を用い、図１０に示したように、ペン先−超音波受信器１２間距離Ｌ１、ペン先−超音波受信器１３間距離Ｌ２、超音波受信器１２−超音波受信器１３間距離Ｌ０より入力用ペン２０のペン先の位置を液晶表示パネル１０上の１点の位置座標（Ｘ、Ｙ）にて求める。
【００５８】
座標変換処理部３５で求められた上記（Ｘ，Ｙ）座標値は座標表示処理部３６に送られ、座標表示処理部３６は該（Ｘ，Ｙ）座標値を用いて液晶表示パネル１０上での表示処理を行う。尚、座標表示処理部３６における表示処理とは、例えば、上記（Ｘ，Ｙ）座標値に対応する液晶表示パネル１０上のドットを反転する等の処理である。
【００５９】
上述した傾き補正処理により、本実施の形態に係るペン入力表示装置では、入力用ペン２０の傾きを補正し、実際のペン先座標位置を正確に求めることができる。
【００６０】
しかしながら、上記傾き補正処理において、制御部３０では、超音波信号検出部３１ａ・３１ｂにおいて検出されている超音波信号が、超音波送信器２１・２２の何れから発振されているものであるかを確実に識別している必要がある。この識別に係る方法を図７を用いて以下に説明する。
【００６１】
ここで、図７の例における信号送受信に関わる動作を時系列で発生する順番に並べると以下のとおりである。
▲１▼超音波送信器２１、赤外線送信器２３における超音波信号、赤外線信号の送信▲２▼赤外線受信１４における赤外線信号の受信
▲３▼超音波受信器１２・１３における超音波信号の受信
▲４▼超音波送信器２２、赤外線送信器２３における超音波信号、赤外線信号の送信
▲５▼赤外線受信１４における赤外線信号の受信
▲６▼超音波受信器１２・１３における超音波信号の受信
上記▲１▼〜▲６▼の動作を１周期として、１秒の間に６０回〜２４０回繰り返し行う。
【００６２】
ここで、入力用ペン２０側からの送信において、超音波送信器２１が超音波信号を送信する時（すなわち▲１▼の動作時）と、超音波送信器２２が超音波信号を送信する時（すなわち▲４▼の動作時）とで、これらの超音波信号の送信と同時に送信される赤外線信号の波形を異ならせる。
【００６３】
すなわち、図７の波形図においては、▲１▼の動作時に係る赤外線信号の波形は１パルスの波形（識別信号Ａ）であるのに対し、▲４▼の動作時に係る赤外線信号の波形は２パルスの波形（識別信号Ｂ）である。上記識別信号Ａと識別信号Ｂとは、その内容が異なっていれば、その形態は特に限定されるものでなく、上記図７に示すものはごく１例にすぎない。この識別信号が異なることを利用して、制御部３０では、受信した超音波信号が超音波送信器２１と超音波送信器２２とのどちらから送信されたものかを識別することが可能となる。
【００６４】
入力用ペン２０の赤外線送信器２３から送信される赤外線信号は、ペン入力用ユニット１１側の２つの超音波受信器１２と超音波受信器１３とで受信された後、制御部３０の赤外線信号検出部３２へ入力される。赤外線信号検出部３２は、その入力された赤外線信号が識別信号Ａおよび識別信号Ｂの何れであるかを判断し、その判断結果を識別情報として出力する。図１の例では、赤外線信号検出部３２は、上記識別情報を傾き補正処理部３４に出力している。
【００６５】
これにより、本実施の形態に係るペン入力表示装置では、上記赤外線信号を超音波信号の発信から受信までにかかる信号到達時間の計測におけるトリガとして用いるだけでなく、受信した超音波信号が超音波送信器２１・２２の何れからの送信であるかを識別するための信号としても用いることができる。
【００６６】
上記の構成によれば、無線ペンとして具備された入力用ペン２０から送信される超音波信号を簡易な構成にて識別でき、該入力用ペン２０の傾きを補正した正確な入力座標位置の検出が可能なペン入力表示装置を提供することができる。
【００６７】
また、超音波送信器２１・２２の識別方法について、さらに図８に示すような変形例が考えられる。
【００６８】
ここで、図８の例における信号送受信に関わる動作を時系列で発生する順番に並べると以下のとおりである。
▲１▼超音波送信器２１、赤外線送信器２３における超音波信号、赤外線信号の送信
▲２▼赤外線受信１４における赤外線信号の受信
▲３▼超音波受信器１２・１３における超音波信号の受信
▲４▼超音波送信器２２における超音波信号の送信
▲５▼超音波受信器１２・１３における超音波信号の受信
上記▲１▼〜▲５▼の動作を１周期として、１秒の間に６０回〜２４０回繰り返し行う。
【００６９】
ここで、入力用ペン２０側からの送信において、超音波送信器２１が超音波信号を送信する時（すなわち▲１▼の動作時）と、超音波送信器２２が超音波信号を送信する時（すなわち▲４▼の動作時）とを比較すると、図８の例では赤外線送信器２３からの赤外線信号の送信は▲１▼の動作時のみに行われ▲４▼の動作時には行われない。
【００７０】
図８の例に基づく動作では、入力用ペン２０の赤外線送信器２３から送信される赤外線信号は、ペン入力用ユニット１１側の２つの超音波受信器１２と超音波受信器１３とで受信された後、制御部３０の赤外線信号検出部３２へ入力される。
【００７１】
図８の動作例では、赤外線信号の受信直後に受信される超音波信号が超音波送信器２１から送信される超音波信号となるように設定されている。また、超音波送信器２１からの超音波信号の送信と、超音波送信器２２からの超音波信号の送信とは、予め定められた所定の時間間隔で実施されるようになっている。
【００７２】
これにより、制御部３０の赤外線信号検出部３２では、超音波受信器１２・１３での実際に受信された赤外線信号を識別信号Ａとし、識別信号Ａの受信から所定時間の計測により識別信号Ｂを赤外線受信の仮想信号として作成する。赤外線信号検出部３２は、入力された赤外線信号から得られる識別信号Ａと該識別信号Ａの受信から所定時間の計測によって作成された識別信号Ｂとを、識別情報として傾き補正処理部３４に出力する。
【００７３】
これにより、図８の動作を行うペン入力表示装置では、上記赤外線信号を超音波信号の発信から受信までにかかるとして用いるだけでなく、受信した超音波信号が超音波送信器２１・２２の何れからの送信であるかを識別するための信号としても用いることができる。
【００７４】
また、図８の動作例では、入力用ペン２０の赤外線信号の送信回数を減らすことができるので、入力用ペン２０の大幅な低消費電力につながる。
【００７５】
上記実施の形態において、表示パネル上に直接ペン入力する入出力一体型の表示装置について記述してきたが、本発明の適用は入出力一体型の表示装置に限定されるものではなく、例えばデジタイザ（工作機械への座標入力等に使用される）などの外部入力装置においても有効である。すなわち、本発明のペン入力表示装置は、少なくとも表示パネル上でペン入力された入力位置座標の検出が行えるものであればよく、検出された入力位置座標を用いて表示制御を行うことは必ずしも必要ではない。
【００７６】
さらに、使用される表示パネルは液晶表示パネルに限定されるものではなく、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ−Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｐａｎｅｌ）、有機ＥＬディスプレイの表示パネルも同様に使用可能である。
【００７７】
また、上記実施の形態に係るペン入力表示装置では入力用ペン２０における超音波送信器は２個備えられており、超音波送信器が２個あれば十分な精度の傾き補正が行える。しかしながら、本発明のペン入力表示装置において超音波送信器の数は２個に限定されるものではなく３個以上の超音波送信器を備えるものであってもよい。
【００７８】
同様に、上記実施の形態に係るペン入力表示装置では超音波受信器についても、その個数は２個あれば十分な精度の位置検出が行えるが、本発明のペン入力表示装置において超音波受信器の数は２個に限定されるものではなく３個以上の超音波受信器を備えるものであってもよい。
【００７９】
さらに、本実施の形態においては、信号到達時間の計測におけるトリガとして用いられ、かつ受信した超音波信号が超音波送信器２１・２２の何れからの送信であるかを識別するための信号として赤外線信号を用いているが、本発明はこれに限定されるものでなく、赤外線送信器および赤外線受信器に代えて電波送信器および電波受信器を備え、電波信号を用いるものであってもよい。
【００８０】
また、赤外線（または電波）送信器および赤外線（または電波）受信器についても、その個数は１個ずつあれば本発明に必要な機能は十分に達成できるが、本発明のペン入力表示装置において赤外線送信器および赤外線受信器の数は１個ずつに限定されるものではなく、２個以上ずつ備えるものであってもよい。
【００８１】
【発明の効果】
本発明のペン入力表示装置は、以上のように、上記入力用ペンに、少なくとも２つの超音波送信器と、少なくとも１つの赤外線または電波送信器とを有し、上記装置本体に、少なくとも２つの超音波受信器と、少なくとも１つの赤外線または電波受信器とを有すると共に、さらに、超音波送信器と超音波受信器との間の各距離を検出する距離検出手段と、上記距離検出手段によって検出された距離値から入力用ペンの傾き補正を含んだ入力座標検出を行う入力座標検出手段とを有する構成である。
【００８２】
それゆえ、上記距離検出手段において求められる超音波送信手段と超音波受信手段との間の各距離値から、上記入力座標検出手段において表示パネル上での入力座標が幾何学的に算出される。また、上記入力座標検出手段は、入力用ペンの傾き補正を含む、ペン先座標と表示座標との間のずれが無い高精度の入力座標検出を行うことができる。さらに、上記入力用ペンは、装置本体において無線ペンとして備えられることにより、ユーザにとっての使い勝手が向上できるという効果を奏する。
【００８３】
また、上記ペン入力表示装置においては、上記２つの超音波送信器が同時に超音波信号の送信を行わない構成とすることが好ましい。
【００８４】
それゆえ、入力用ペンに備えられる各超音波送信器を同一の周波数特性を持った送信器として具備し、各超音波送信器から送信される超音波信号を受信する超音波受信器を全ての超音波送信器に対して共有化することで、ペン入力表示装置における部品点数が削減できるといった効果を奏する。
【００８５】
また、上記ペン入力表示装置においては、上記赤外線または電波送信器は、各超音波送信器から送信される超音波信号と対で送信される赤外線または電波信号を、各超音波送信器に対して異なる波形にて送信するものであり、上記装置本体に、上記赤外線または電波受信器で受信した赤外線または電波信号の波形を認識して、上記赤外線または電波受信器での赤外線または電波信号受信直後に受信した超音波信号が、何れの超音波送信器から送信されたものであるかを識別する識別手段を備える構成とすることができる。
【００８６】
それゆえ、上記赤外線送信器から送信される赤外線信号の波形を検出することによって、上記識別手段では、該赤外線信号と同時に送信された超音波信号が何れの超音波送信器から送信されたものであるかを識別することができる。これにより、上記入力座標検出手段での傾き補正を行うに際して、超音波受信器で受信している超音波信号が何れの超音波送信器から発信されているものであるかを受信側の装置本体にて特定するための手段を簡単な構成にて提供することができるといった効果を奏する。
【００８７】
また、上記ペン入力表示装置においては、上記赤外線または電波送信器は、各超音波送信器から送信される超音波信号のうち、特定の超音波送信器から送信される超音波信号に対して同時に赤外線または電波信号を送信するものであり、上記装置本体に、上記赤外線または電波受信器での赤外線または電波信号受信直後に受信した超音波信号が上記特定の超音波送信器から送信されたものであることを識別すると共に、他の超音波送信器から送信される超音波信号については、上記赤外線または電波受信器での赤外線または電波信号の受信からの所定時間の計測に基づいて超音波信号の送信タイミングを決定する識別手段を備える構成とすることができる。
【００８８】
それゆえ、上記識別手段では、赤外線受信器での赤外線信号受信直後に受信した超音波信号が上記特定の超音波送信器から送信されたものであることと識別され、他の超音波送信器から送信される超音波信号については、上記赤外線受信器での赤外線信号の受信からの所定時間の計測に基づいて超音波信号の送信タイミングを決定される。これにより、上記入力座標検出手段での傾き補正を行うに際して、超音波受信器で受信している超音波信号が何れの超音波送信器から発信されているものであるかを受信側にて特定するための手段を簡単な構成にて提供できるといった効果を奏する。
【００８９】
また、上記赤外線送信器において赤外線信号の送信回数を減らすことができ、入力用ペンにおける消費電力を大幅に低減することができるといった効果を併せて奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すものであり、ペン入力表示装置の構成を示すブロック図である。
【図２】上記ペン入力表示装置で用いられる入力用ペンを示す図である。
【図３】上記入力用ペンの内部構成を示すブロック図である。
【図４】上記ペン入力表示装置における装置本体の概略構成を示すブロック図である。
【図５】２つの超音波送信器を用いる超音波ペン入力方式を適用したペン入力表示装置において、実際のペン先座標位置と算出された表示座標位置との一致性を示す側面図である。
【図６】２つの超音波送信器を用いた超音波ペン入力方式において、ペン先座標位置の算出原理を示す図である。
【図７】上記ペン入力表示装置において用いられる超音波信号および赤外線信号の一例を示す波形図である。
【図８】上記ペン入力表示装置において用いられる超音波信号および赤外線信号の他の例を示す波形図である。
【図９】超音波ペン入力方式を適用した従来のペン入力表示装置を示す平面図である。
【図１０】超音波ペン入力方式を適用した上記ペン入力表示装置における入力座標位置の算出原理を示す平面図である。
【図１１】超音波ペン入力方式を適用した上記ペン入力表示装置で用いられる超音波信号の信号到達時間を示す波形図である。
【図１２】超音波ペン入力方式を適用した上記ペン入力表示装置において、実際のペン先座標位置と算出された表示座標位置とのずれ（誤差）を示す側面図である。
【符号の説明】
１０            液晶表示パネル（表示パネル）
１２・１３      超音波受信器
１４            赤外線受信器
２０            入力用ペン
２１・２２      超音波送信器
２３            赤外線送信器
３０            制御部
３１ａ・３１ｂ  超音波信号検出部（距離検出手段）
３２            赤外線信号検出部（識別手段）
３３ａ・３３ｂ  検出値処理部（距離検出手段）
３４            傾き補正処理部（入力座標検出手段）
３５            座標変換処理部（入力座標検出手段）
【図１】
2004192142.tif 000003
【図２】
2004192142.tif 000004
【図３】
2004192142.tif 000005
【図４】
2004192142.tif 000006
【図５】
2004192142.tif 000007
【図６】
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【図７】
2004192142.tif 000009
【図８】
2004192142.tif 000010
【図９】
2004192142.tif 000011
【図１０】
2004192142.tif 000012
【図１１】
2004192142.tif 000013
【図１２】
2004192142.tif 000014