(57)【要約】  タッチスクリーン機能が、バックライトを備えたＬＣＤディスプレイ等のカラーディスプレイに追加される。それに加えて、波長が、横方向ｘ及び縦方向ｚに沿った２つのカラーチャンネルについて変えられる。２つの関連する色のためにこれに組み込まれた分光機能をもつペン３０は、２つのチャンネルの波長を測定することによりその位置を決定する。
2010532038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリーンに画像を表示する装置であって、
前記スクリーンから光成分が放射される前記スクリーン上の位置の関数として変化する前記光成分を放射する発光手段を有する、装置。
【請求項２】
前記光成分が波長である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記光成分がカラーチャンネルに対応する、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記発光手段は、相互に異なる波長を伴う前記光成分を放射する複数の光源を有する、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記発光手段は、実質的に同一の波長で光を放射する複数の光源と、スクリーン位置の関数として変化する特性を備えた光学フィルタとを有し、その結果、前記光成分の前記波長は、前記スクリーンから前記光成分が伝送される前記スクリーン上の位置の関数として変化する、請求項２に記載の装置。
【請求項６】
前記光学フィルタの伝送スペクトルは、前記複数の光源の伝送スペクトルよりも鋭い、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記光源は、バックライトである、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記光成分は、前記スクリーンの第１の方向に沿って、前記スクリーン上の前記位置の関数として変化し、
前記発光手段は、前記第１の方向と直角をなす、前記スクリーンの第２の方向に沿って、前記スクリーンの前記位置の関数として変化する波長をもつ他の光成分を放射する、請求項２に記載の装置。
【請求項９】
前記光成分は、第１のカラーチャンネルに対応し、
前記他の光成分は、第２のカラーチャンネルに対応する、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記光成分は、最も短い波長の基本色の青色を有し、
前記他の光成分は、最も長い波長の基本色の赤色を有する、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記光成分が点滅周波数である、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
デバイスでの少なくとも検出された光成分に基づいて、前記スクリーンに対する前記デバイスの位置又は向きを決定する手段を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のうちいずれか一項に記載の装置とインタラクトするためのデバイスであって、
前記装置により放射された少なくとも光成分を検出する手段を有する、デバイス。
【請求項１４】
前記光成分が波長である、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記光成分が点滅周波数である、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１６】
少なくとも検出された前記光成分に基づいて前記装置の前記スクリーンに対する当該デバイスの位置又は向きを決定する手段を有する、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１７】
当該デバイスによる前記スクリーンの接触を感知する接触感知手段を有する、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１８】
請求項１〜１２のうちいずれか一項に記載の装置と、
請求項１４〜１７のうちいずれか一項に記載のデバイスとを有する、システム。
【請求項１９】
画像を表示するための装置のスクリーンに対するデバイスの位置又は向きを決定する方法であって、
前記スクリーンから光成分が放射される前記スクリーン上の位置の関数として変化する前記光成分を前記装置により放射するステップと、
前記装置により放射された少なくとも前記光成分を前記デバイスにより検出するステップと、
少なくとも検出された前記光成分に基づいて前記装置の前記スクリーンに対する前記デバイスの位置又は向きを決定するステップとを有する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクリーン上に画像を表示するための装置に関し、より詳細には、タッチスクリーン機能を備える装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大型及び小型のディスプレイは、我々の生活においてますます一般的になっている。これらにタッチスクリーン機能を追加することは、これらが提供する追加機能であることから好ましい。典型的には、ユーザは、キーボード又はマウスのような外部デバイスを用いることよりも、自身の手でのスクリーンの接触による直感的手法でインタラクトすることを好む。
【０００３】
現在、以下の基本システム、即ち、スクリーンの上面に搭載された２つの薄片間のレジスタンス又はキャパシタンスの局所的変化を用いることにより圧力を感知するシステム、及び、表面弾性波検出を用いるシステムが、人の接触を認識するために用いられる。これらの双方に関して、主要な問題は、これらがデバイスにもたらす追加コストにあり、結果として、大規模な市場での受け入れが生じなかった。
【０００４】
前記システムの多くは、特別な層で覆われる一般的なガラスパネルからなる。鋭利器具での偶発的な穿刺は、この層を容易に損傷させることができ、加えて、前記層は、ディスプレイにより与えられた幾つかの光をブロックし得る。更に、予測可能な将来においてこれらのコストを現実的に削減するためのロードマップがないことと組み合わせられた、非常に現実的なコスト問題は、これらのディスプレイが低所得国に対して商業的に興味を持たすことがないことをほのめかす。これは、特に、タッチスクリーンディスプレイが生徒及び生徒などにももたらす利益が大きい教育環境に対して問題である。
【０００５】
米国特許出願公開第２００２／００６７３４８号明細書は、前述した基本システムに対する代替のタッチスクリーンシステムを開示している。システムは、軸上（on-axis）及び軸外（off-axis）の検出を用いてＩＲトランスミッタとレシーバとの間の接触位置を高解像度で決定するために、スクリーンの縁に沿って配置された複数の赤外線（"ＩＲ"）トランスミッタ及びレシーバを用いる。タッチスクリーンシステムは、軸上及び軸外の検出と併せて、識別された接触位置の解像度を増大させるためにトランスミッタ及びレシーバの粗い及び細かいスウィープ（sweep）を用いる。
【０００６】
このシステムも、必要とされる非常に多くの赤外線トランスミッタ及びレシーバによりもたらされる追加コストの欠点をもつ。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、接触認識機能をもつ低コストのディスプレイ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のこの及び他の目的は、請求項１による装置、請求項１３によるデバイス、請求項１８によるシステム、及び、請求項１９による方法により達成される。有利な実施形態は、従属請求項２〜１２及び１４〜１７により規定される。
【０００９】
本発明の一態様によれば、スクリーン上に画像を表示するための装置を有するシステムが提供される。本装置は、スクリーンから光成分が放射されるスクリーン上の位置の関数として変化する前記光成分を放射する発光手段を有する。本システムは、更に、前記装置とインタラクトするためのデバイスを有する。前記デバイスは、前記装置により放射された少なくとも前記光成分を検出する手段を有する。検出された光成分に基づいて、前記装置の前記スクリーンに対する前記デバイスの位置又は向きが決定され得る。
【００１０】
本発明によれば、接触機能は、ディスプレイ装置及びデバイスに対して幾つかの比較的単純な変更をもたらすことにより提供され得る。これによって、大幅な追加コストが回避される。更に、本発明によれば、２つのデバイスが２つの異なる位置でスクリーンに接近する場合に双方の位置を検出することが可能であることを意味する、一度に複数の入口をもつ可能性が付与される。
【００１１】
本発明によるシステムのメインアプリケーションは、ＴＶ又はコンピュータ制御に対してタッチスクリーン機能を提供する。しかしながら、これは、より大きなディスプレイ用のポインティングデバイス及びリモート制御に対して用いられてもよい。ここで、光は、或る距離から収集され、そのスペクトルから、ポインティングデバイスの向きが決定され得る。
【００１２】
好ましくは、検出された光成分は、光波長である。しかしながら、目に見えない周波数で点滅する光の点滅周波数のような、他の光成分が用いられてもよい。
【００１３】
光成分の検出波長に基づくスクリーンに対するデバイスの位置又は向きの決定は、デバイス自身で実行されてもよい。代わりに、デバイスは、光成分の検出波長の情報を、スクリーンに対するデバイスの位置又は向きの決定を実行する他の装置に送信する。
【００１４】
好ましくは、光成分は、ディスプレイ装置の色チャンネルに対応する。好ましくは、色チャンネルの波長の全体的な変化は小さく、従って肉眼では目立たない。波長のこの変化は、ディスプレイのカラーレンダリングを多少削減するだろう。しかしながら、色範囲が十分に小さいときには、これは、強い影響ではなく、タッチスクリーン性能の追加機能は、僅かに削減されたカラーレンダリングよりも非常に強力であるだろう。
【００１５】
第１の代替案によれば、スクリーン上の位置の関数として変化する波長で光成分を放射する機能は、相互に異なる波長で光成分を放射する複数の光源により実行される。この代替案は、カラーチャンネルが特定の基本色の光を全て放射する光源により実行されるディスプレイデバイスで使用するのに非常に適している。
【００１６】
第２の代替案によれば、この機能は、実質的に同一の波長を伴う光を放射するための複数の光源と、スクリーン位置の関数として変化する特性をもつ光学フィルタとにより実行され得る。光学フィルタの伝送スペクトルは、複数の光源の伝送スペクトルよりも鋭い。この代替案は、バックライトをもつＬＣＤディスプレイ装置で用いるのに非常に適している。
【００１７】
本発明の他の実施形態によれば、光成分は、スクリーンの第１の方向に沿って、スクリーンの位置の関数として変化し、発光手段は、第１の方向と直角をなす、スクリーンの第２の方向に沿って、スクリーン上の位置の関数として変化する波長を伴う他の光成分を放射するために適合される。重ならない波長を伴う２つの光成分を用いることにより、デバイスの位置は、確実な手法で２つの方向について決定され得る。
【００１８】
好ましくは、光成分は、ディスプレイ装置の異なるカラーチャンネルにそれぞれ対応する。
【００１９】
有利には、第１のカラーチャンネルは、基本色"青"に対応し、第２のカラーチャンネルは、基本色"赤"に対応する。基本色"青"の最も短い波長と、基本色"赤"の最も長い波長とが変化される場合においては、ほとんどが人の知覚範囲外にある放射スペクトルの部分がタッチスクリーン機能をディスプレイ装置に追加するために用いられるので、ユーザは、ディスプレイのカラーレンダリングの任意の削減にはほとんど気付かないだろう。
【００２０】
本発明は、各ピクセルが実際に３つの基本色をもち、これらの強度が表示の間変化されるカラーディスプレイで有利に用いられ得る。これらの例は、ＬＣＤスクリーン、ＣＲＴモニタ及び投射型ディスプレイである。
【００２１】
本発明の他の態様によれば、画像を表示するための装置のスクリーンに対するデバイスの位置又は向きを決定するための方法が提供される。本方法は、前記スクリーンから光成分が放射される前記スクリーン上の位置の関数として変化する前記光成分を前記装置により放射するステップと、前記装置により放射された少なくとも前記光成分をデバイスにより検出するステップと、少なくとも検出された光成分に基づいて、前記装置の前記スクリーンに対する前記デバイスの前記位置又は向きを決定するステップとを有する。
【００２２】
これら及び本発明の他の態様は、後述される実施形態から明らかになり、後述される実施形態を参照して説明されるだろう。
【００２３】
本発明は、より一層理解され、その多くの目的及び利点は、詳細な説明と併せて添付図面を参照することにより、当業者により明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明によるディスプレイシステムの技術的原理を概略的に示す。
【図２】本発明によるディスプレイシステムのブロック図を示す。
【図３】本発明によるディスプレイシステムの一実施形態の側面図を示す。
【図４】実施形態を更に説明する図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図中、類似の参照番号は、類似の要素を参照する。
【００２６】
概して、カラーディスプレイの各ピクセルは、実際には、３つの基本色"赤"、"緑"及び"青"をもち、これらの強度は、表示の間変化される。このようにして、ピクセルは、いくつもの異なる色に見えるように作られ得る。赤、緑及び青を混合することにより作られ得る色の数は、ディスプレイにより実現され得る種々異なる強度の数に依存する。これは、通常のＣＲＴモニタ、ＬＣＤスクリーン、投射ディスプレイ、又は、他のタイプのスクリーンに対して適用できる。
【００２７】
多くの場合、特定の色の波長は、ディスプレイにおけるその色の全ての画素に対して同じである。本発明によれば、３つの基本色のうち２つの波長が一の画素から他の画素へ制御された手法で変えられる。
【００２８】
図１では、本発明によるシステムの原理が示される。本図は、ディスプレイ装置のスクリーン２０上の２つの基本色の変化を示している。第１の基本色は、縦軸ｚに沿って変化される。第２の基本色は、横軸ｘに沿って変化される。注記するが、本発明は、第１の基本色が赤色で第２の基本色が青色である場合に関して示される。勿論、これは、単なる例示であり、基本色のいずれかの他の混合が用いられてもよい。図１に示されるように、スクリーン２０の上部から底部の各赤色画素は、明るい赤から暗い赤になる。また、各青色画素は、スクリーン２０の左部分での明るい青色から、スクリーン２０の右部分での暗い青色になる。波長の全体的な変化は、肉眼では気付かないように小さくなるべきである。
【００２９】
本発明によれば、デバイス３０の位置は、スクリーン２０に対して読み取られる。ペンであり得るこのデバイスは、小さな集積分光センサ３５をもつ。このセンサ３５は、赤色及び青色の波長を記録する。記録されたスペクトルにおける２つの赤色及び青色のピークは、ペンの位置に依存するだろう。そして、ペンは、その位置を読み取ることができ、その結果を無線接続を介して、コンピュータ、ＴＶ等の関連デバイスに送信することができる。
【００３０】
ペンの位置に加えて、ペンがスクリーン２０に接触したか否かを測定することも必要である。この情報は、スクリーンが接触されたか否かについての情報の追加ビットを生成する単純な接触センサ（図示省略）をペンに組み込むことにより容易に取得され得る。斯様な接触センサが不適切な場合において、ペンは、スクリーン２０から検出された光の記録強度を、スクリーン２０からのペンの距離に相関させることができる。この手法において、接触又は非接触の手頃な推定が行われ得る。
【００３１】
図２は、本発明によるシステムのブロック図を示している。ディスプレイ装置１０は、とりわけ表示中に各画素の赤色、緑色及び青色の３つの基本色の強度を変化させる機能を含む、前に参照されたスクリーン２０を有する。ディスプレイ装置１０は、スクリーンの横軸に沿って青色光の波長を変化させ、縦軸に沿って赤色光の波長を変化させる発光体機能４０を更に有する。更に、本システムは、分光センサ３５により検出されたスペクトルに基づいて、スクリーンに対するデバイス３０の位置を決定するためのプロセッサ５０を有する。このプロセッサは、デバイス３０、又は、コンピュータ若しくはＴＶのような他の装置（ディスプレイ装置１０自身であってもよい）の一部であり得る。後者において、デバイス３０は、位置決定のために必要とされる検出スペクトルの情報をこの装置に無線で送信する。
【００３２】
前記の原理は、ディスプレイ装置１０において用いられ得、発光体機能４０は、全てが特定の色の光を放射する複数の光源によりカラーチャンネルを実行する。縦方向の赤色ＬＥＤ及び横方向の青色ＬＥＤにより放射された光の波長を変化させることにより、図１に示されたような光パターンが取得され得る。横方向の赤色ＬＥＤ及び縦方向の青色ＬＥＤの波長は変化されない。緑色ＬＥＤの波長は全く変化されない。
【００３３】
代わりに、前記の原理は、図３に示されたような、ＬＥＤバックライト源６０を備えたＬＣＤディスプレイの場合に用いられてもよい。ここで、実際には、全てのＬＥＤが同じ波長の光を放射する。従来のＬＣＤパネル２０とＬＥＤバックライト源６０との間に光学フィルタ７０が配置され、このフィルタの特性は位置に依存する。従って、この場合における発光体機能４０は、ＬＥＤバックライト源６０及び光学フィルタ７０により同時に実行される。従って、バックライトを備えたＬＣＤディスプレイの通常の構造が用いられ、これに対する唯一の追加が光学フィルタ７０である。図３は、赤色光成分に作用するフィルタの特性がｚ軸に沿って変化するこの構造の側面図を示している。光学フィルタ７０は、横軸ｘに沿って、青色光成分のための類似の特性をもつ。この組み合わせは、この詳細な説明で前述されたような、ディスプレイのために必要とされる波長依存関係を提供し得る。図４は、光強度Ｓを波長λの関数として示している。各ＬＥＤの伝送スペクトルＬは、非常に幅広である。そして、フィルタ７０の伝送スペクトルは、ＬＥＤのものよりも鋭い。これは、青色成分のための１つと赤色成分のための１つとの２つのピークを有する。青色成分に関する最大の位置λｂは、横軸ｘに沿ったフィルタ位置に依存する。赤色成分に関する最大の位置λｒは、縦軸ｚに沿ったフィルタ位置に依存する。この実施形態で用いられた光学フィルタは、連続的である。
【００３４】
非連続的なフィルタも可能であり、フィルタ特性を有する部分が、対応するＬＥＤの前に配置される。
【００３５】
ユーザ認識の影響を最小限にするために、好ましくは、光学フィルタは、大部分が青色画素の最も短い波長に作用すべきであり、赤色画素の最も長い波長も同様である。この手法においては、ほとんどが人の認識範囲外にある放射スペクトルの部分が、タッチスクリーン機能をディスプレイに追加するために用いられる。人の認識範囲外にある赤色チャンネルの赤外線部分の波長を用いることでさえ可能である。
【００３６】
本システムは、タッチスクリーン機能を提供するために用いられるだけでなく、ポインティングデバイス、及び、より大きなディスプレイのための遠隔制御装置を備えてもよい。ここで、光が収集され、距離及びそのスペクトルからポインティングデバイスの向きが決定され得る。ポインティングデバイスの向きを変えることにより、コンピュータ又はＴＶ等の装置が制御され得る。
【００３７】
更に、非可視的な周波数での光の点滅周波数のような、波長以外の他の光成分がスクリーン位置に基づいて変化され得る。
【００３８】
当業者により理解されるように、本願で述べられた革新的思想は、広範囲のアプリケーションに渡って変更及び変化され得る。
【００３９】
従って、特許されるべき主題の範囲は、述べられた特定の例となる技術のいずれかに限定されるべきではなく、むしろ特許請求の範囲により規定される。
【００４０】
特許請求の範囲における如何なる参照符号も、その範囲を限定するものとして考慮されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2010532038.tif 000007
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