JP4176476B2 - 近接センサを備えるマトリックス表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、近接を検知する手段を備えるマトリックス表示装置に関する。こういった装置は、プロセッサとのやりとりが容易な枠組みの中で操作者が情報を送信または受信できるタイプの通信端末の構築に特に使用される。本発明は、液晶、プラズマ、発光ダイオード、電界効果発光型のスクリーンを備える会話型端末のスクリーンに関して特に用途がある。

こういった端末は、装置に１つ以上の透明のタッチエリアを設けることにより構築することが知られており、該タッチエリアは、接触、または、静電効果または誘起効果などに基づくものである。このとき、該エリアの押圧領域は、所望の構成にしたがって該装置によって画定できる。通常、エリアの押圧は操作者の指によってなされる。装置から提供される視覚情報は、タッチエリアが追加型であることによって、画質が低下せざるをえない。

この問題を解決するために、ＥＰ０３４００９６号では、液晶スクリーンの対向電極の表面を追加型タッチエリアの替わりに使用することが提案されている。該対向電極の表面は操作者の指の表面に対して大きいため、これは静電効果によって指を検知するのに適している。このような実施例は、スクリーンの構築中に予め決められたアイコンや文字を備える液晶スクリーンに適している。例えば、こういったスクリーンは、複数の文字を表示することができ、各文字は７つのセグメントからなり、該セグメントは点灯したり消灯したりできる。
ＥＰ０３４００９６号

ＥＰ０３４００９６号による実施例では、一方がスクリーンのマトリックスの行を、もう一方が列を画定する２つの電極アレイを備えるマトリックススクリーンでタッチ面を実現することはできない。特に、こういったスクリーンは、検知すべき導電性要素、例えば操作者の指、の表面に対して、対向電極の表面を具備しない。

本発明の目的は、近接検知手段を備えるマトリックス表示装置を単純な方法で実現することである。よって、本発明は、装置の表示領域において導電性要素の近接を検知する手段を備える電子表示装置を対象とする。すなわち、当該電子表示装置は、装置の表示領域近傍に、導電性要素の近接を検知する手段を備える。当該電子表示装置は、さらに、表示領域を走査する行電極と列電極の組と、表示領域に表示されるべき画像に基づいて行電極と列電極の励起を生成する手段とを備える。当該表示装置は、近接検知手段が：
−励起とは別の特定の電気信号を前記電極の組に印加する手段と、
−表示領域近傍に導電性要素が存在すると引き起こされる、特定の電気信号の変形を検知する手段と、
−該検知された変形に基づいて、前記領域の位置を決定する手段と
を備えることを特徴とする。

本発明の装置によって、マトリックススクリーンの構築中に押圧領域を固定する必要がなくなる。具体的に言うと、該領域の位置を検知する手段によって、表示領域のすぐ近傍にある導電性要素の存在と位置を検知することができる。押圧領域は、数、寸法および位置の点で制限されることがなくなり、使用中に表示領域全体にわたって位置付けおよび移動させることが可能となる。もちろん、適切な表示によって押圧領域を画定することがいつでも可能である。
さらに、本発明の装置によって、当該装置が表示する視覚情報の画質の低下を防ぐことができる。

本発明は、例として挙げられるいくつかの実施例に関する詳細な説明を読むことによって、よりよく理解され、他の利点も明らかとなるであろう。説明を添付の図面に図示する。

図１ａおよび１ｂに示したマトリックス表示装置は、重ねて配置された２枚の絶縁板１および２を備える。２枚の板１および２の少なくとも一方は透明である。当該装置は、電気励起により光放射を送受可能な電気光学特性を示す材料からなる層３も備える。該材料は例えば液晶である。装置はさらに、２つの電極アレイ４および５を備える。第一アレイ４は装置のマトリックスの行を定義し、第二アレイ５は装置のマトリックスの列を定義する。図１ａには、例として各アレイ４および５のいくつかの電極だけを示した。もちろん本発明は、各アレイの電極の数に関係なく実施できることを理解されたい。情報として、携帯用スクリーンに一般的に使用される表示部では、通常、各アレイは１００以上の電極を備える。好適には、電極４および５は、インジウムスズ酸化物を含む材料からなる。該材料には光放射を透過するという利点がある。

第一電極アレイ４は板２と層３の間に据えられ、第二電極アレイ５は板１と層３の間に据えられる。層３の電気励起は、各アレイの電極間に電位差を加えることにより起こる。電位差は、例えば、５０ないし１０００Ｈｚ程度の低周波ＡＣ電圧によるものである。
好適には、２つのアレイの電極４および５は互いにかみ合っている。より精密には、各アレイについて、２つの電極のうち一方の電極の電気接続ポイントは、対応する板の端近傍にある。同一アレイについて、もう一方の電極の接続ポイントは、同一の板の反対側の端にある。これにより、当該装置では、接続ポイント間に間隔をあけることが可能となり、結果的に２つの隣接する接続間の絶縁を増大させることが可能となる。導電性要素の位置の検知を改善するために電極を互いにかみ合う構造とすることによる利点は、後述する。

図２を用いて説明する第一の変形例では、行電極と列電極はそれぞれ別個のアレイを形成する。近接検知用に少なくとも１つのアレイが選択される。前記領域の位置を決定するための手段が、選択されたアレイに介在している変形のレベルに基づいて、該位置を決定する。
より精密には、例えば、電極アレイ４を感知要素として使用する。表示領域はタッチ面６を形成する。当該装置は、電極アレイ４に印加される特定の電気信号を生成するための電子手段７を備える。該特定の電気信号は、液晶の状態を修正するために２つのアレイの電極４と５の間に加えられる電気励起とは異なる。好適には、該特定の電気信号は、周波数が約１００ＫＨｚを超える高周波信号である。当該装置はさらに、例えば操作者の指などの導電性要素が電極アレイ４に近接したことによって起こる電気信号の変形を検知可能な電子手段８を備える。

電子手段７は、例えば、５００Ωないし数ｋΩ程度の値を有し得るインピーダンス９を介して電極４に接続される。電気信号が電極４に印加されると、その動作を、該特定の電気信号の周波数において値が数百ｋΩ程度のインピーダンスの動作と比較することができる。一方、導電性要素が電極４近傍にあるときは、該導電性要素が、値の低いインピーダンスとして動作する。この値は、例えば１０ｋΩまたはそれ以下にまで落ち得る。この値は、電極４に沿う導電性要素の位置に依存する。ここでは、高周波電気信号が印加されたとき、電極４は、ゼロではないラインインピーダンスを有するという事実を利用する。導電性要素が電極４の端１０（インピーダンス９に最も近い端）に近いほど、インピーダンス値は減少する。逆に、導電性要素が他方の端１１、いわゆる「アウトボードの端」に近いほど、電極のインピーダンスは増大する。具体的には、電極４は、端１０と導電性要素の検知ポイントが距離的に離れるほど抵抗が増大する抵抗ラインを形成する。

よって、電極４のインピーダンスの変化を測定することにより、電極４に沿う導電性要素の位置を決定することができる。この測定は、インピーダンス９と電極４の間で、特定の電気信号の変形を電子手段８を用いて検知することによって間接的になされ得る。これら電子手段は、例えば、入力部１３がインピーダンス９と電極４の間に接続されている振幅復調器１２を備える。振幅復調器１２の出力部１４は、特定の電気信号の変形を表す信号を中央装置１５に供給する。中央装置１５は、振幅復調器１２からの信号を、保存されている数値表と比較することができる。該数値表は、電気信号の変形と、電極４に沿う導電性要素の位置との対応性を示すものである。

電気信号の変形とその検知を、単一の電極４に関して説明し、これにより該電極４に沿う導電性要素の位置決めが可能になることを述べた。さらに、タッチ面６に対する感知要素の位置を完全に決定するには、導電性要素がアレイのどの電極４に沿って位置しているかを知る必要がある。
関与している電極４の決定は、各電極４についてインピーダンス９と特定の電子手段８を使用することで行うことができる。この解決法は扱いやすく、好適には、電気信号がアレイの様々な電極に同時ではなく順次印加される。これにより、複数の電極４を、信号が順次印加される一組の電極４としてまとめ、インピーダンス９と手段８をその電極に共通のものとして使用することが可能となる。１つのアレイには、電極４の組が一組以上あってよい。
検知の冗長性が改善され得る。具体的には、マトリックス表示部は、図１ａを用いて説明したように少なくとも２つの電極アレイ４および５を備える。これら２つのアレイを、タッチ面の感知要素として用いることが好適である。例えば直交する２つの電極アレイ４および５を用いると、タッチ面６近傍に位置する導電性要素の寸法を決定することがさらに可能となる。具体的には、導電性要素によって影響を受けている各電極４および５が、該電極の端１０と導電性要素の先端との距離を決定することができる。

第二の変形例では、２つの電極アレイ４および５を、電極４または５の端１０と導電性要素との距離を決定させることはせず、より単純に使用することも可能である。特定の電気信号が、電極４と電極５の双方に印加される。中央装置１５は、前記領域の位置を決定するために、前記変形が閾値を越えている少なくとも１つの電極４と少なくとも１つの電極５に基づいて該位置を決定する。
この場合、導電性要素が電極４または５近傍に存在しているか否かを決定するだけである。導電性要素が検知されている少なくとも１つの電極４と少なくとも１つの電極５を把握することによって、その位置が、デカルト基準座標系において決定される。該座標系の測定ユニットは、一方向については電極４、もう一方の方向については電極５である。次に、特定の電気信号が電極４および５の行と列に印加され、中央装置１５が、特定の電気信号の変形が閾値を越えている少なくとも１つの電極４と少なくとも１つの電極５に基づいて導電性要素の位置を決定する。その結果、振幅復調器の実施例が単純化される。中央装置１５に、変形された特定の電気信号による閾値の超過の有無に関する情報アイテムを送達するだけでよい。

図３を用いて説明する第三の変形例では、表示装置は、電極アレイ４と、電極アレイ５と、表示部を駆動する手段１６を備える。当該変形例では、手段７（図３には図示せず）によって生成された特定の電気信号が、少なくとも１つの行電極４と少なくとも１つの列電極５に同時に印加される。行電極４と列電極５の連結が、導電性要素が行電極４と列電極５の交差点近傍にあるとき、変形される。特定の電気信号は、２つの電極アレイ４および５からなる組に、対角線に沿った方向に印加されていくのが好ましい。
より精密には、電極４は、４−１から４−ｎまでの連続番号を有する。同じことが電極５にも当てはまり、５−１から５−ｐまでの連続番号を有する。ｐとｎは整数である。電気信号は、４−１から４−ｎへと電極４に順次印加され、同時に、５−１から５−ｐへと電極５に順次印加される。電気信号は、少なくとも１つの電極４と少なくとも１つの電極５に同時に印加される。電極４と電極５の連結は、導電性要素が電極４と電極５の交差点近傍にあるとき、変形される。これらの連結は、これら２つの電極間に形成されたインピーダンスを表す。シーケンスの最初、電気信号は、電極４−１と電極５−１に印加される。続いて、電気信号は電極４−２および５−２という順に印加される。ｎとｐの数が同じなら、当該シーケンスは、その数に達するまで続く。それらの数が異なっている場合、例えばｐがｎより大きいとき、電気信号は電極４−ｉと電極５−ｊに印加され、次は、再び電極４−ｉと電極５（ｊ＋１）に印加される。ｉは、１からｎの間の整数であり、ｊは１からｐの間の別の整数である。このように電気信号を電極４のうちの１つに二重に印加することは、シーケンスの最後に電気信号が電極４−ｎと５−ｐに印加されるように、必要な回数だけ繰り返される。二重印加が複数回必要な場合、実質的に１からｎの間の電極４−ｉが選択される。よって、表示領域の対角線、できれば両方の対角線を横切ることが可能となる。

こうして、電極４と電極５の連結のおかげで、マップ位置付けを可能とする測定値が得られる。より精密には、マップは、電気信号のレベル、できれば、同時に電気信号が印加される電極４および５の各組についての、導電性要素の存在によって変形された電気信号のレベルを保存する。これらのレベルを完全に揃えたものが、いわゆる電流テーブルである。電流テーブルは、その後、それぞれが表示領域近傍の導電性要素の検知可能な位置を示す複数の予め記録されたテーブルと比較される。電流テーブルの値が、予め記録されたテーブルの値とほぼ同一である場合、導電性要素の位置はそこから推測される。このマップは、近接検知表面が連続的であるかのように出願人セクスタン アビオニクによるＦＲ２７５７６５９号に記載の方法を利用して、用いることもできる。

電子手段８によって検知される電気信号の変形は、レベルが低く、例えば電気干渉などの多数の現象によって乱されることがある。この問題を緩和するために、当該表示装置は、手段８によって検知される電気信号の変形を統合することができる電子手段を備えることが好ましい。これらの電子手段は中央装置１５からなってよい。統合は、複数の隣接する電極から達成される。実際は、タッチ面による作用を意図して使用者が指を表示部に置いたとき、その指は複数の電極４、例えば１０ないし３０の電極４を覆う。したがって、１つの電極４だけ、さらには、例えば５つの電極４といった非常に制約された数の隣接する電極４に介在する電気信号の変形は考慮に入れなくても、何の影響もない。よって、中央装置１５は、変形が少なくとも一定数の隣接する電極４に関する場合にのみ、隣接する電極４に介在する電気信号の変形を、導電性要素の存在によるものとして解析する。よって、電極４の数は、それらの間隔によって決定される。同様に、より多数の近隣ではない電極４に介在する電気信号の変形も考慮に入れられない。

先述の第一の変形例において、導電性要素の存在による変形のレベルは、電極４に沿う導電性要素の位置に依存することを説明した。故に、複数の隣接する電極４に介在する電気信号の変形の解析に、さらなる条件を付与することができる。したがって、中央装置１５は、変形が実質的に同一レベルの場合にのみ、隣接する電極４に介在する変形を、導電性要素の存在によるものとして解析することができる。

好適には、特定の電気信号は、様々な電極４または５に順次印加される。これにより、隣接する電極同士、特に同一アレイの電極同士の連結を避けることができる。具体的には、導電性要素が近接することにより、その近傍に位置する電極のインピーダンスが変形する。この変形は一般的に非常に弱く、２つの電極が連結すると該変形が隠されることがあるので、隣接する電極同士の連結は避けたほうがよい。

さらに、第一の変形例の使用において、変形のレベルは、低下する場合、電極４に沿う導電性要素の位置の一次関数ではないことが注記された。より精密には、電極４に沿う導電性要素の移動が同一である場合において、電気信号のレベルの変化は、電極４の端１１（つまり電極４の自由端）よりも、端１０（インピーダンス９に最も近い端）でのほうが大きい。その結果、電極４に沿う導電性要素の位置測定の感度は、端１０近傍でのほうが良好である。
この欠点を解消するために、感知要素として使用される１または複数の電極アレイ４を、互いにかみ合う構造とすることができる。こういった構造では、複数の隣接する電極４に沿う導電性要素の正確な位置が、該導電性要素が端１０に最も近い電極４とともに、得られる。

第一の変形例において、互いにかみ合う構造とすることによって、複数の隣接する電極４に沿う感知要素の位置測定の冗長性を増加することも可能となる。互いにかみ合う構造とすることによって、さらに、タッチ面６上で複数の隣接する電極４に近接して同時に置かれた２つの導電性要素を区別することも可能となる。具体的には、タッチ面６の一方の端近くに位置する端１０で接続された電極４によって、該端１０に最も近い導電性要素の位置を決定することができる。その一方で、タッチ面のもう一方の端近くに位置する端１０で接続された電極４によって、もう一方の導電性要素の位置を決定することができる。
さらに、影響を受けた電極の組によって、これらのアレイがかみ合う構造である場合、導電性要素の輪郭を画定することができる。操作者がタッチ面６上に手と指を両方置いたとき、中央装置１５は、例えば指だけを考慮に入れ、手を考慮しないように、手の輪郭と指の輪郭を画定する情報を使用することができる。

導電性要素は操作者の指であり得ることを先述した。変形例として、導電性要素は操作者が保持する導電性のペンであってもよい。操作者は、このペンの先端を表示部上に置くことができる。好適には、ペンの先端の表面領域は、複数の隣接する電極４または５を覆うのに十分である。ペンの、装置上に置かれる端部と、操作者が保持するその本体との間には導電性がある。こうして、静電効果により、対象の電極に印加される電気信号を変形することができる。あるいは、ペンは、ワイヤ接続により、電気信号を生成する手段７のアースに接続されてもよい。
好適には、特定の電気信号は、１００ｋＨｚを超える周波数を有する。これにより、静電効果を利用して、表示領域近傍に導電性要素が存在することを検知できる。

好適には、装置は表示部を駆動するための手段１６を備える。該手段はドライバとして知られている。手段１６は、表示部について選択された電極４に、特定の電気信号と励起電圧２２を印加するためのマルチプレクサ１７を備える。これにより、周期的に近接検知をするために選択された電極に、特定の電気信号を印加することができる。より精密には、特定の電気信号は、所定の順序で選択された電極の組に順次印加されていき、該印加は、導電性要素の近接を検知するまで同一の順序で繰り返される。
表示部を駆動するための手段１６の実施例を図４に示した。手段１６は、出力部１８が電極４の端１０に接続されているマルチプレクサ１７を備える。当然、手段１６は電極５についても使用できる。マルチプレクサは、電源と接続されている２つの入力部１９および２０を備える。表示部を実行するために選ばれた電極４に、マルチプレクサ１７から送られる電圧２２は、インピーダンス２１を介して入力部１９で得られる。表示部を実行するために選ばれたのではない電極４に、マルチプレクサ１７から送られる電圧２４は、インピーダンス２３を介して入力部２０で得られる。電圧２２と２４は、層３に電気励起を形成する。入力部１９は、手段１６に属するインピーダンス９にも接続されている。該入力部１９は、複数の手段１６に共通の手段８にも接続されている。よって、手段８は手段１６の外側にある。インピーダンス９と２１は、手段７から送られる電気信号と、選択された電極４に送られる電圧によって形成される電気励起との重畳を可能とする。マルチプレクサ１７はさらに、該マルチプレクサを制御する入力部２５を備える。該入力部２５には、手段７から生じる電気信号と電圧２２をインピーダンス９と２１を介して受ける電極４を選択することを可能とする信号が流れるリンク２６が接続されている。

表示部を駆動するための手段の変形例を図５に示した。該変形には参照番号３０を付す。先述したように、手段３０は、マルチプレクサ１７とインピーダンス９、２１および２３を備える。マルチプレクサ１７は、インピーダンス２１を介して入力部１９で電圧２２を受け、インピーダンス２３を介して入力部２０で電圧２４を受ける。マルチプレクサはまた、入力部２５でリンク２６も受ける。さらに、手段３０は、特定の電気信号を生成する電子手段７と、好適には電子手段７と同調する振幅復調器１２と、ＡＤ変換器３１と、アドレス指定マーカ３２を備える。ＡＤ変換器３１は、振幅復調器１２から発生される変形を示す情報アイテムを受信し、デジタルの情報アイテムを、手段２０の外側にある中央装置１５に提供する。アドレス指定マーカ３２は、マルチプレクサ１７から情報アイテムを受信し、よって電気信号を受信している電極４を特定することが可能となる。アドレス指定マーカは、該情報アイテムを、中央装置１５に送信できるように適応させる。よって、中央装置１５は、ＡＤ変換器３１から生じる変形された電気信号と、対象の電極４とを関連付けることができる。

先述した図４と図５では、リンク３３によって中央装置１５をマルチプレクサ１７に接続し、中央装置１５がマルチプレクサ１７を制御できるようにすることが可能である。リンク３３は、各マルチプレクサ１７を制御装置１５に接続する。リンク３３は、マルチプレクサ１７の組を同じく中央装置１５に接続するリンク２６を補完する。好適には、マルチプレクサ１７は、リンク２６によって連鎖状に接続されている。

好適には、特定の電気信号は、励起に重畳される。これにより、特定の電気信号を対象の電極に印加するために、表示部に必要な励起を干渉することがなくなる。

ある種、例えば双安定型の表示装置では、表示部に必要な励起は、定期的にではなく、表示部が変形されたときにのみ電極に印加される。よって、特定の電気信号は、励起が電極４または５に印加されていないときに該電極に印加され得る。具体的には、表示部を駆動するための手段１６または３０に、電圧２２と２４を入力部１９と２０に印加する、またはこれらの入力部１９と２０をアース３５に接続することを可能にする無効スイッチ３４を設けることができる。無効スイッチ３４を図５に示した。いずれにせよ、入力部１９は手段７に接続されたままである。無効スイッチ３４は、リンク２６に流れる信号によって制御される。入力部がアースに接続されているとき、特定の電気信号を電極４に印加できるように、リンク３３は依然としてマルチプレクサ１７を制御可能なままである。

図１ａは、マトリックス表示装置の構造の前面図である。図１ｂは、当該装置の側面図である。 電極アレイの１つに関連する本発明の手段を示す。 行電極と列電極を用いた本発明の実施例を示す。 本発明に適した、装置駆動手段の実施例を示す。 同じく本発明に適した、装置駆動手段の別の実施例を示す。

Claims (15)

1. 装置の表示領域近傍において導電性要素の近接を検知する手段と、表示領域を走査する行電極（４）と列電極（５）の組と、表示領域に表示されるべき画像に基づいて行電極と列電極の励起を生成する手段とを備える電子表示装置であって、近接検知手段が：
   −励起とは別の特定の電気信号を前記電極の組に印加する手段（７）と、
   −表示領域近傍に導電性要素が存在すると引き起こされる、特定の電気信号の変形を検知する手段（８）と、
   −該検知された変形に基づいて、前記領域の位置を決定する手段（１５）と
   を備え、さらに当該装置が、表示部を駆動するための手段（１６，３０）を備えることと、該手段（１６，３０）が、表示部について選択された電極（４）に、特定の電気信号と励起電圧（２２）を印加するためのマルチプレクサ（１７）を備えることを特徴とする装置。
2. 行電極（４）と列電極（５）がそれぞれ別個のアレイを形成することと、近接検知用に少なくとも１つの電極アレイ（４）が選択されることと、前記領域の位置を決定するための手段（１５）が、選択されたアレイ（４）に介在している変形のレベルに基づいて、該位置を決定することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 特定の電気信号が、行電極（４）と列電極（５）の双方に印加されることと、前記領域の位置を決定するための手段（１５）が、前記変形が閾値を越えている少なくとも１つの行電極と少なくとも１つの列電極に基づいて該位置を決定することを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 電気信号が、少なくとも１つの行電極（４）と少なくとも１つの列電極（５）に同時に印加されることと、行電極（４）と列電極（５）の連結が、導電性要素が行電極（４）と列電極（５）の交差点近傍にあるときに変形されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 特定の電気信号が、印加される電極の交点が表示領域の対角線に沿った方向に向かうように印加されることを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 前記特定の電気信号が、印加される電極の交点が表示領域の更にもう１つの対角線に沿った方向に向かうように印加されることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 前記領域の位置を決定するための手段（１５）が、変形が複数の隣接する電極（４，５）に介在しない限り、それらの変形を考慮しないことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の装置。
8. 特定の電気信号が、様々な電極（４，５）に順次印加されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の装置。
9. 電極（４，５）が互いにかみ合うことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の装置。
10. 導電性要素がペンであることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の装置。
11. 特定の電気信号が、１００ｋＨｚを超える周波数を有することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の装置。
12. 表示部を駆動させるための手段（３０）が、さらに、特定の電気信号を生成する電子手段（７）と、振幅復調器（１２）と、ＡＤ変換器（３１）を備え、振幅復調器（１２）は、特定の電気信号を受信し、前記変形を示す信号をＡＤ変換器（３１）に提供することを特徴とする請求項１に記載の装置。
13. 近接検知のために選択された電極（４，５）が、電気信号を周期的に受信することを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の装置。
14. 特定の電気信号が、励起に重畳されることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の装置。
15. 特定の電気信号が、励起が電極（４，５）に印加されていないときに、該電極（４，５）に印加されることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の装置。

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