JPH02144717A - 光学式タッチパネル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、集積液晶表示器用の光学式タッチパネル装置
に関する。

［従来の技術］ 平面パネル液晶表示器は、通常、複数の行及び列に配列
された画素即ちピクセルの配列を含む。

液晶表示素子（以下ＬＣＤという）は、パネルに光を反
射又は投射する可視光源を含む。各ピクセルは、いずれ
かのピクセルに関連する液晶材料の分子配列を選択的に
変更可能なドライブ回路によりアドレス可能である。Ｌ
ＣＤは、液晶材料の分子配向を変更することにより、関
連するピクセルを通過する光の輝度に対応する変化を生
じるように構成される。ピクセルの配列全体は、パネル
からの発出した光が像を形成するように駆動される。

光学式タッチパネル装置は、表示装置の入力機構として
使用されている。一般に、発光素子及び受光素子の配列
は、表示器の表示画面の周囲に取り付けられ、表示画面
に接近し、横切る光のビームの面を形成する。一方の発
光素子のグループは、Ｘ軸方向で画面の上部に沿って配
置され、Ｘ発光素子と呼ばれる。Ｘ受光素子のグループ
は、画面の下部沿って、Ｘ発光素子に対して位置合わせ
されて配置される。他方の発光素子のグループは、Ｙ軸
方向で画面の側部に沿って配置され、７発光素子と呼ば
れる。Ｙ受光素子のグループは、画面の他方の側部に沿
って、７発光素子に対し位置合わせされて配置される。

通常、Ｘ発光素子は、表示画面の一方の側から他方に向
かって、連続的に走査される。Ｘ受光素子の出力信号は
、Ｘ発光素子のビームの遮断を検出するために監視され
る。この遮断は、表示画面に近接した指又はスタイラス
が存在することを意味する。７発光素子は、表示画面の
上部から下部に連続的に走査される。Ｙ受光素子の出力
信号は、７発光素子のビームの遮断を検出するために監
視される。

スタイラスが表示画面の近傍に存在すると、遮断された
Ｘ発光素子ビーム及び７発光素子ビームの位置を表すデ
ータが、表示制御器に送られる。

このデータは、スタイラスのＸ及びＹ位置座標を表す。

次に、スタイラスの位置データに応答して、表示が所定
の形式で変更される。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の光学式タッチパネル装置は、取り付は構造に関連
する多数の別個の部品（発光素子及び受光素子）を使用
している。これにより１、従来の光学式パッチパネル装
置の解像度は、表示画面に並行して取り付は可能な発光
素子及び受光素子の最大数により制限される。その結果
、タッチパネルの解像度は、例えば、表示器のピクセル
数より低くなる。

したがって、本発明の目的は、タッチパネルの解像度が
、取り付は可能な発光素子及び受光素子の最大数に制限
されない光学式タッチパネル装置の提供にある。

［課題を解決するための手段及び作用］本発明の光学式
タッチパネル装置では、多数の別個の部品及びそれに関
連する取り付は構造を必要とせず、表示のピクセル数に
相当する解像度が得られる。本発明の装置は、特に、複
数の行及び列から成るマトリクス状に配列された複数の
ピクセルを有する液晶表示器を含む。各ピクセルは、ピ
クセルを伝達する光の輝度を選択的に変えるために、制
御回路によりアドレス指定される。可視光は表示パネル
に投射され、ピクセルの最初及び最後の列、ピクセルの
最初及び最後の行を除いて、ピクセルは従来の方法で制
御されて、表示パネル上に像を形成する。

発光素子は、ピクセルの最初の列及び行の下に配置され
る。最初及び最後の列のピクセルと、最初及び最後の行
のピクセルとがオン又はオフに切替えられ、夫々発光素
子からの光を通過させたり又は遮断する。即ち、最初の
列及び行のピクセルが同時にオン状態にされ、表示パネ
ルを横切って投影する光ビームを生成する。そのために
、ピクセルの最初の行及び列の上に鏡が配置され、発光
素子からの光ビームを反射して、表示パネルの面に対し
平行に、光ビーム表示パネルを横断するようにする。更
に、ピクセルの最後の行及び列の上にも鏡が配置され、
表示パネルを横断した光ビームを反射して、最後の行及
び列のピクセルに向かわせる。

受光素子は、ピクセルの最後の列及び行の下に配置され
る。最後の列及び行のピクセルは、同時に１個ずつオン
状態にされる。それとき、最後の列のオン・ピクセルは
、最初の列のオン・ピクセルと同じ行にあり、最後の行
のオン・ピクセルは、最初の行のオン・ピクセルと同じ
列にある。

操作者が、表示パネルに近接して指又はスタイラスを置
（と、２本の直交する光ビームの光路を遮断され、この
遮断が対応する受光素子の出力で検出される。遮断され
た光ビームのＸ及びＹ位置は、表示パネルに対するスタ
イラスの位置を表す。

本発明の光学式タッチパネル装置は、複数の列及び行か
ら成るマトリクス状に配列された複数のピクセルを存し
、各ピクセルの透明及び不透明状態を制御して画像を形
成する表示手段と、表示手段の少なくとも一端部に配列
されたピクセルに対応して配置され、対応するピクセル
が透明状態のときに、通過する光を発出する発光手段と
、表示手段の一端部と対向する他端部に配列されたビク
セル群に対応して配置され、対応するピクセルが透明状
態のときに、通過する光を検出する受光手段と、発光手
段から一端部のピクセルを通過した光を、他端部の対応
するピクセルに向ける反射手段と、表示手段の一端部及
び他端部の対向する１対のピクセルを同時に透明状態に
なるように順次制御する制御手段とを具えることを特徴
とする。

［実施例コ 第１図〜第３図は、本発明の光学式タッチパネル装置（
１０）を示す。好適な液晶表示器（ＬＣＤ）は、２枚の
離間されたガラス板（１４）及び（１５）を含む平面表
示パ名ル（１２）を有する。

従来の皐マチック型液晶材料（１３）の薄層は、ガラス
板（１４）及び（１５）の間に封入される。

一方のガラス板（１４）は、複数の平行に離間された光
学的に透明な電極（１６）（以下、列電極という）を支
持する。この列電極（１６）は、表示パネル（１２）の
上部から下部に伸びている。

表示パネル（１２）の他方のガラス板（１５）は、複数
の平行に離間された光学的に透明な電極（２２）（以下
、行電極という）を支持する。行電極（２２）は、表示
パネル（１２）の左側から右側に伸び、列電極（１６）
と直交する。各列電極（１６）及び行電極（２２）が交
差する領域は、ピクセル（２８）となる。第１図及び第
２図において、数個のピクセルを斜線で示す。

列電極（１６）及び行電極（２２）は、略透明である。

更に、電極（１６）及び（２２）の大きさ及び間隔は、
分かり易くするために拡大されている。ガラス板（１４
）及び（１５）の対向する内面は、ツイスト・ネマチッ
ク型液晶セルを形成するように既知の方法で処理されて
いる。セルの機能は、個々にアドレス指定可能な複数の
ピクセル（２日）に分割される。

各ガラス板（１４）及び（１５）は、濃度直線偏光器（
図示せず）を支持する。一方の偏光器の偏光面は、他方
の偏光器の偏光面と平行である。

したがって、可視光がいずれかのピクセル（２８）に投
射されるとき、光は一方のガラス板（１４）を通過する
につれて、面偏光される。ピクセルに電位差が印加され
ないときは、光の偏光方向は光が液晶材料を通過するに
つれて、９０°回転させられる。これにより、光は他方
のガラス板（１５）上の偏光器により吸収される。

電位差がピクセル（２８）に印加されると、液晶材料（
１３）の分子は、面偏光された光が偏光方向を変えるこ
となくピクセル（２８）を通過する方向に再配列される
。その結果、光は完全にピクセル（２８）を通過する。

ピクセルから放射される光の輝度は、ピクセル（２８）
に印加される電位差の大きさにより決まる。光が完全に
ピクセルを通過するための電位差の大きさ（即ち、光の
偏光方向が影響されないように、液晶分子を再配列する
ために十分な電位差の大きさ）を、゛全輝度″“電位と
呼ぶ。全輝度電位より小さいが、０電位よりは大きい電
位差は、面偏光された光の成分のみがピクセルから発出
するように、液晶分子を再配列する。ピクセル（２Ｂ）
から発出する光の量を変化させることにより、灰色の影
を有する画像が生成される。

データ駆動回路（３０）は電圧波形を発生し、列電極（
１６）及びデータ駆動回路（３０）の間に接続された平
行列導体（３２）を介して列電極（１６）に供給する。

この電圧波形は、選択された行のピクセル（２８）に供
給されるべき画像データに相当する。行走査方法では、
電圧パルス形式の走査信号は、データ走査回路（３４）
により発生され、行電極（２２）及びデータ走査回路（
３４）間に接続された行導体（３６）に供給される。走
査された各ピクセル列に対し、列電題（１６）に供給さ
れた電圧波形は、その行内の各ピクセルに割り当てられ
た正確な光の輝度を伝達させるのに適した電位差を生成
する。

従来の表示制御１Ｂ（３８）は、データ駆動回路（３０
）及びデータ走査回路（３４）の機能を調整して、全て
のピクセル（２８）は、正確な順序でアドレス指定され
、表示パネルに画像を生成すようにする。

第１図に示す実施例は、表示パネルの背面に光源（４０
）が配置された（図では表示パネル（１２）の下に示す
）投射型ＬＣＤである。光源（４０）は可視光のいずれ
かの好適な光源であり、簡略的に示されている。光源（
４０）は、そこから発出される光線（矢印（４２）で示
す）がピクセル（２日）の最初の列（５４）及び最後の
列（６６）間且つピクセル（２８）の最初の行（６０）
及び最後の行（７２）間のパネル（１２）に突き当たる
ように構成及び配列される。

他の実施例では、可視光１（４０）は、パネルを通る周
囲光を反射するための光反射面に置き換えられている。

この様なＬＣＤは、反射型として知られている。

７発光素子（５２）は、ピクセル（２８）の最初の列（
５４）の下に配置され、表示器（１２）の上部から下部
に伸びる。７発光素子（５２）は、表示パネル（１２）
の面に略直角な方向で、ピクセル（２８）の最初の列（
５４）に向かって光（５３）を発出する。例えば、７発
光素子（５２）は、ピクセルの最初の列の全長に沿って
連続的なビームを発出するように配列された、１個又は
数個の従来の発光ダイオードである。

Ｘ発光素子（５８）は、ピクセルの最初の列（６０）の
下に配置され、表示パネル（１２）の左側部（２４）か
ら右側部（２６）に向かって伸びる。７発光素子（５２
）と路間−に構成されたＸ発光素子（５８）は、表示パ
ネル（１２）の面に略直角な方向で、ピクセル（２８）
の最初の列（６ｏ）の全長にわたって連続的な光ビーム
（５９）を発生する。

Ｙ受光素子（６４）は、ピクセル（２８）の最後の列（
６６）の下に配置され、表示パネル（１２）の上部（１
８）から下部（２０）に伸びる。Ｙ受光素子（６４）は
、その長さ方向に沿って、表示パネルの面に略直角な方
向で投射される光を受光して検出する。例えば、Ｙ受光
素子（６４）は、出力導体（６８）に接続されたフォト
ダイオードの配列である。

Ｘ受光素子（７０）は、ピクセル（２８）の最後の列（
７２）の下に配置され、表示パネル（１２）の左側部（
２４）から右側部（２６）に伸びる。Ｙ受光素子（６４
）と路間−に構成されたＸ受光素子（７０）は、その長
さ方向に沿って、表示パネル（１２）の面に略直角な方
向に投射される光を受光して検出する。Ｘ受光素子（７
０）の出力は、出力導体に（６９）に供給される。

７発光素子（５２）により発出され、その光路内のピク
セル（２８）を通る光は、鏡によりＹ受光素子（６４）
に向けられる。左側のＩＩ長い鏡（７４）は、最初の列
のピクセル（５４）上に伸びるように、例えばＬＣＤパ
ネルのハウジング（７８）の伸長部（７６）に取り付け
られる。左側の鏡（７４）の表面は傾斜され、７発光素
子（５２）により発生され、最初の列（５４）内のピク
セル（２８）を通る光（５３）が、表示パネルを横切る
ように反射させる。光が通るピクセルには、Ｙ受光素子
（６４）により十分検出される輝度で、光が通過するよ
うに適切な電位差が印加される。この電位差は、全種度
電位差程大きい必要はない。説明を簡単にするために、
検出に十分な輝度を有する発出された光が通過するピク
セルを、オン・ピクセルと呼ふ。これに対し、オフ・ピ
クセルは、光を通過させない。

左側の鏡（７４）により反射された光は、他方の鏡、即
ち右側の鏡（８０）に突き当たる。この鏡（８０）は、
ピクセルの最後の列（６６）上に伸びて取り付けられる
。右側の鏡（８０）は傾斜され、その面に突き当たる光
をピクセル（２８）の最後の列（６６）に向かわせる。

この様に、左側部（７４）及び右側部（８０）は、最初
の列（５４）のピクセル及び最後の列（６６）のピクセ
ル間を伝達する光のための特定の光路を形成する。右側
の鏡（８０）が光（５３）を反射して向かわせる特定の
ピクセル（２８）がオン状態であると、光はＹ受光素子
（６４）により検出される。

他方の細長い鏡である上部の鏡（８２）は、ピクセル（
２８）の最初の行（６０）上に伸びて取り付けられる。

上部の鏡（８２）の光反射面は傾斜されて、Ｘ発光素子
（５日）により発出され、ピクセルの最初の行（６０）
内のオン・ピクセルを通る光（５９）を、表示パネル（
１２）を横切るように反射させる。反射光（５９）は、
他方の鏡、即ち下部の鏡（８４）に突き当たる。この鏡
（８４）は、ピクセル（２８）の最後の行（７２）上に
伸びて取り付けられる。下部の鏡（８４）の光反射面は
傾斜され、その面に突き当たる光（５９）をピクセル（
２８）の最後の行（７２）に向かわせる。この様に、上
部のｔＵ（８２）及び下部の鏡（８４）は、最初の行（
６０）内のピクセル及び最後の行（７２）内のピクセル
間を伝達する光（５９）のための特定の光路を形成する
。

下部のｖｌ（８４）が光を反射して向かわせる特定のピ
クセルが、オン状態であれば、光はＸ受光素子（７０）
により検出される。

集積ＬＣＤ及び光学式タッチパネル装置の動作を以下に
説明する。通常、表示制御器（３８）、それに関連する
データ走査回路（３４）及びデータ駆動回路（３０）は
共に働き、上述した従来の方法で表示パネル（１２）上
に画像を形成する。

当業者には周知のように、表示画面全体は１秒間に多数
回走査されて、画像が生成される。ピクセル（２８）の
全てを１回走査し終えるのに必要な時間を、フレーム時
間と呼ぶ。

画像は、ピクセル（２８）の最初及び最後の列（５４）
、（６６）と、最初及び最後の行（６０）（７２）を除
く表示パネル（１２）の全部分に生成される。ピクセル
のこれらの列及び行は、表示パネル面に近接して置かれ
たスタイラス（８６）の位置を決定するための光伝達の
制御専用に使用される。そのために、表示制御器（３８
）は、データ駆動回路（３０）及びデータ走査回路（３
４）を調整して、最初の列（５４）及び最後の列（６６
）内のピクセル（２日）を、１行毎に同時にオン状態に
する。

最初の列（５４）及び最後の列（６６）を走査する周波
数は、液晶材料の分子をオフ状態からオン状態に変える
のに必要とする時間に依存する。

即ち、共通の行に対し最初の列（５４）及び最後の列（
６６）のピクセルをオン状態にするために供給される電
圧波形は、液晶分子がオン状態の位置に再配向されるの
に十分な時間維持され、それにより、光（５３）は両方
のピクセルを通過する。

ビクセル状態を変えるために必要な時間は、０．１〜２
０ｍｓの範囲である。

共通の行に対し最初及び最後の列（５４）、（６６）内
のピクセルがオン状態になる度に、表示制御器（３８）
は、出力導体（６８）を介して制御器（３８）に入力さ
れるＹ受光素子（６４）の出力を読む。光がスタイラス
により遮断されて、Ｙ受光素子（６４）の出力に、受光
した光が殆ど又は全く現れなかった場合、表示器？’［
Ｉｌ器（３８）はオン・ピクセルのＹ位置を、スタイラ
ス（８６）の位置のＹ座標として蓄積する。

一度、スタイラスのＸ及びＹ位置が検出されると、表示
制御！（３８）は表示パネル（１２）に関するスタイラ
ス（８６）の位置により表される入力に応答する。

更に、本発明による光学式タッチパネルの解像度は、表
示パネル（１２）のピクセル（２８）の個数に等しい。

したがって、表示パネル（１２）は操作者が選択する情
報を大きく、即ち、大多数の小さな表示パネル領域を表
示するのに使用できる。更に、本発明の装置は、従来の
パネルに比して必要とする部品が少ない。

上述では、本発明の好適な実施例について説明したが、
要旨を逸脱することなく、種々の変更及び変形が可能で
あることは明かである。例えば、表示器は、ツイスト・
ネマチック型の液晶表示装置について述べたが、光を伝
達又は遮断するシャッタの如く動作するように制御され
るピクセルを有する平面パネル表示器であればよい。

［発明の効果］ 本発明の光学式タッチパネル装置では、最初の行及び列
のピクセル、最後の行及び列のピクセルを順次オン状態
にし、且つ反射鏡を使用することで、発光素子から発出
された光ビームが表示パネルを横切り、受光素子に向か
うようにしたことにより、表示のピクセル数の解像度に
相当するタッチパネルの解像度が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光学式タッチパネル装置の斜視図、第
２図は第１図の装置の部分的断面を示す斜視図、第３図
は第１図の装置の断面図である。 図中において、（１２）は表示手段、（５２）及び（５
８）は発光手段、（６４）及び（７０）は受光手段、（
７４）及び（８０）は反射手段、（３８）は制御手段で
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数の列及び行から成るマトリクス状に配列された複数
   のピクセルを有し、該複数のピクセルの透明及び不透明
   状態を制御して画像を形成する表示手段と、 該表示手段の少なくとも一端部に配列された上記ピクセ
   ルに対応して配置され、該対応するピクセルが透明状態
   のときに、通過する光を発出する発光手段と、 上記表示手段の一端部と対向する他端部に配列された上
   記ピクセルに対応して配置され、該対応するピクセルが
   透明状態のときに、通過した光を検出する受光手段と、 上記発光手段から上記一端部のピクセルを通過した光を
   、上記他端部の対応する上記ピクセルに向ける反射手段
   と、 上記表示手段の一端部及び他端部の対向する１対のピク
   セルを同時に透明状態になるように順次制御する制御手
   段と を具えることを特徴とする光学的タッチパネル装置。