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JPWO2014103274A1 - 表示制御システムおよび読取装置 - Google Patents

表示制御システムおよび読取装置 Download PDF

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JPWO2014103274A1
JPWO2014103274A1 JP2014554130A JP2014554130A JPWO2014103274A1 JP WO2014103274 A1 JPWO2014103274 A1 JP WO2014103274A1 JP 2014554130 A JP2014554130 A JP 2014554130A JP 2014554130 A JP2014554130 A JP 2014554130A JP WO2014103274 A1 JPWO2014103274 A1 JP WO2014103274A1
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Abstract

表示制御システム１００では、読取装置１０が、光源１４と、光源１４から出射されて表示パネル２４で反射した光を撮像する撮像光学系１５とを備え、表示パネル２４が、情報パターン３が形成された情報パターン層４０と、情報パターン層４０の背面側に配置されて光源１４からの光を拡散反射する反射層４８とを備えている。光源１４は、撮像光学系１５の光軸上以外の位置に配置されている。反射層４８に対して撮像光学系１５の光軸が垂直となり、且つ、読取装置１０が表示パネル２４に接触する状態において、光源１４から出射される光の中心光線が反射層４８に到達する点が、撮像光学系１５の光軸と反射層４８とが交わる点よりも、光源１４側に位置する。

Description

本開示は、読取装置によって表示パネルに形成された情報パターンを光学的に読み取る表示制御システムなどに関する。
従来より、ペンを用いて紙の上に文字等を記入する際に、紙に記入した情報を電子化し、その電子化された情報をサーバや端末に送信する技術が知られている（特許文献１）。特許文献１では、紙面上に形成された複数のドットからなる情報パターンを読み取ることでペンの動きを検出している。
特開２００７−２２６５７７号公報
ところで、近年、ユーザにスタイラスのような筆記具を用いて表示装置の表示面に文字等を記入させて、表示面に筆記具の軌跡をそのまま表示する手書き入力可能なシステムが開発されている。このようなシステムについて、特許文献１に記載された情報パターンの読み取り技術を適用することが考えられる。しかし、表示装置に情報パターンを設ける場合は、紙面上に情報パターンを設ける場合に比べて、情報パターンを読み取るための光の挙動が複雑になり、従来のシステムのままでは、情報パターンを精度良く読み取ることが困難である。
本開示は、表示パネルに形成された情報パターンの読み取り精度を向上させるのに有効な表示制御システムを提供する。
本開示における表示制御システムは、画像を表示する表示パネルと、表示パネルに形成された情報パターンを光学的に読み取る読取装置とを備える表示制御システムであって、読取装置は、表示パネルに対して光を出射する少なくとも１つ以上の光源と、光源から出射されて表示パネルで反射した光を撮像する撮像光学系と、を備え、表示パネルは、情報パターンが形成された情報パターン層と、情報パターン層の背面側に配置され、光源からの光を拡散反射する反射層と、を備え、光源は、撮像光学系の光軸上以外の位置に配置されており、反射層に対して撮像光学系の光軸が垂直となり、且つ、読取装置が表示パネルに接触する垂直接触状態において、光源から出射される光の中心光線が反射層に到達する点が、撮像光学系の光軸と反射層とが交わる点よりも、光源側に位置する。
また、本開示における読取装置は、情報パターンが形成された情報パターン層と、情報パターン層の背面側に配置されて光を拡散反射する反射層と有する表示パネルの情報パターンを光学的に読み取る読取装置であって、読取装置は、表示パネルに対して光を出射する少なくとも１つ以上の光源と、光源から出射されて表示パネルで反射した光を撮像する撮像光学系と、を備え、光源は、撮像光学系の光軸上以外の位置に配置されており、反射層に対して撮像光学系の光軸が垂直となり、且つ、当該読取装置が表示パネルに接触する状態において、光源から出射される光の中心光線が反射層に到達する点が、撮像光学系の光軸と反射層とが交わる点よりも、光源側に位置するように構成されている。
本開示によれば、情報パターンの読み取り精度を向上させるのに有効である。
図１は、表示制御システム１００をユーザが使用している状況を示す概略図である。 図２は、表示制御システム１００のブロック図である。 図３は、表示パネル２４の断面図である。 図４は、デジタルペン１０の概略構成を示す断面図である。 図５は、照射部１４からの光の中心光線Ｌｃが反射シート表面４８ａに到達する点ｘｃと、対物レンズ１５ａの光軸Ａが反射シート表面４８ａと交わる点ｘａとの位置関係を説明するための概略図である。 図６は、パネル表面３２ａで反射した反射光の光線と絞り１８ｂとの位置関係を説明するための概略図である。 図７は、照射部１４が２つ有る場合の変形例を示す概略図である。 図８は、情報パターン３を説明するための概略図である。 図９は、マーク３１の位置によって、マーク３１の位置を数値化した情報が異なることを説明するための概略図である。 図１０は、表示制御システム１００の処理の流れを示すフローチャートである。 図１１は、表示制御システム２００のブロック図である。 図１２は、表示制御システム２００の処理の流れを示すフローチャートである。 図１３は、情報パターン３のその他の例を示す概略図である。
以下、適宜図面を参照しながら、実施形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
尚、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するものであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
（実施形態１）
以下、図１〜１０を用いて、実施形態１を説明する。
［１．表示制御システムの概要］
図１は、実施形態１に係る表示制御システム１００の外観を示す概略図である。表示制御システム１００は、光学式デジタルペン（以下、単に「デジタルペン」と称する。）１０と、表示装置２０とを備えている。デジタルペン１０は、読取装置の一例である。
詳しくは後述するが、表示装置２０は、液晶ディスプレイであり、表示パネル２４（表示部）の表示面に様々な画像を表示することができる。また、表示装置２０には、表示パネル２４の表示面上における位置に関する情報を表す情報パターン３（ドットパターン）が設けられている。情報パターン３は、表示パネル２４の正面視において、表示パネル２４の表示面に重なるように設けられている。デジタルペン１０は、情報パターン３を光学的に読み取ることによって、表示パネル２４の表示面上におけるデジタルペン１０の先端の位置に関する情報（以下、「位置情報」ともいう）を検出し、その位置情報を表示装置２０に送信する。表示装置２０は、その位置情報を入力として受け取り、様々な表示制御を行う。
例えば、デジタルペン１０の先端を表示パネル２４上で移動させた場合に、デジタルペン１０は、連続的に読み取った情報パターン３から、デジタルペン１０の先端の軌跡として、連続的な位置情報を検出する。表示装置２０は、デジタルペン１０の先端の軌跡に応じて、表示パネル２４に点を連続的に表示する。これにより、デジタルペン１０を用いて、表示パネル２４に文字や図形等を手書き入力することができる。または、表示装置２０は、デジタルペン１０の軌跡に応じて、表示パネル２４が表示している点を連続的に消去する。これにより、デジタルペン１０を消しゴムのように用いて、表示パネル２４の文字や図形を消去することができる。すなわち、デジタルペン１０は、読み取り装置として機能すると共に、表示制御システム１００への入力装置としても機能する。
［２．表示装置の構成］
以下、表示装置２０について説明する。図２は、表示制御システム１００の概略構成を示すブロック図である。
表示装置２０は、外部からの信号を受信する受信部２２と、表示装置２０全体を制御する表示側マイコン２３と、画像を表示する表示パネル２４とを有している。
受信部２２は、詳しくは後述するが、デジタルペン１０から送信された信号を受信する。受信部２２が受信した信号は、表示側マイコン２３に送られる。
表示側マイコン２３は、ＣＰＵ及びメモリなどから構成されている。表示側マイコン２３には、ＣＰＵを動作させるためのプログラムが実装されている。例えば、表示側マイコン２３は、デジタルペン１０から送信された信号に基づいて表示パネル２４を制御して、表示パネル２４に表示させる内容を変更する。
図３は、情報パターン３を配置した表示パネル２４の構成を示す概略断面図である。図３に示す表示パネル２４は、アクティブマトリックス方式のＴＦＴカラー液晶表示パネルの一例である。
図３において、表示パネル２４（液晶パネル部）は、対向する２枚の基板４１、４２の間に、液晶部材４３を封入することにより構成されている。各基板４１、４２は、光透過性を有する板材であり、例えばガラス基板を用いることができる。なお、図示していないが、表示パネル２４のうち、背面側（図３において下側）の基板４１上には、液晶の駆動素子である薄膜トランジスタと、第１の透明電極と、信号電極と、走査電極とが形成されている。また、表示パネル２４のうち、表面側（図３において上側）の基板４２の背面側（基板４１と対向する側）には、少なくとも赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色の副画素５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ（サブピクセル）を有する画素５と、画素５及び副画素５Ｒ、５Ｇ、５Ｂを区画するブラックマトリクス４５と、第２の透明電極とが形成されている。ブラックマトリクス４５は、副画素５Ｒ、５Ｇ、５Ｂに対応した開口部を有するとともに、副画素５Ｒ、５Ｇ、５Ｂの境界部を遮光するクロムなどの金属薄膜からなる遮光部材である。画素５とブラックマトリクス４５は、カラーフィルタ４４に形成されている。そして、２枚の基板４１、４２に形成した透明電極の間には、封入された液晶部材４３が配置される。さらに、それぞれの基板４１、４２の外側の面には、偏光板４６が配置されている。各偏光板４６は、各基板４１、４２に貼り付けられている。
なお、カラーフィルタ４４は、ＲＧＢのカラーフィルタに限定されない。カラーフィルタ４４に、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、又はイエロー（Ｙ）などの色の副画素を形成してもよいし、白（Ｗ）の副画素を形成してもよい。
この表示パネル２４の背面側の部位（具体的に、図３において下側の基板４１に貼り付けられた偏光板４６の下側）には、バックライト装置５１が配置されている。バックライト装置５１は、面光源部材４７と、拡散反射シート４８とを有する。また、表示パネル２４の表面側の部位（具体的に、図３において上側の基板４２に貼り付けられた偏光板４６の上側）には、オンセル型で静電容量方式のタッチパネル４９が配置されている。なお、タッチパネル４９については、インセル型のタッチパネルであってもよく、また抵抗感圧方式などの他の方式のタッチパネルでもよい。また、表示パネル２４から、タッチパネル４９自体を省いた構成としてもよい。
表示パネル２４は、色が互いに異なる複数の副画素５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ（サブピクセル）からなる画素５が、マトリクス状に複数個配置された構成である。表示パネル２４は、それぞれの画素５を構成する副画素５Ｒ、５Ｇ、５Ｂの薄膜トランジスタそれぞれのオン／オフが制御され、液晶部材４３の偏光性が選択的に制御されることで、文字や画像をカラー表示することができる。
また、表示パネル２４のタッチパネル４９上には、デジタルペン１０により位置情報の検出を行うための複数の情報パターン３（位置情報パターン）が配置されている。各情報パターン３は、複数のマーク３１（ドット）を有する。この情報パターン３は、図３に示すように、樹脂製で透光性のベースフィルム３２上に、円形状又は方形状などの複数のマーク３１を所定の配列パターンで形成し、複数のマーク３１を覆うようにベースフィルム３２上に透光性の樹脂層３３を形成することにより構成されている。樹脂層３３は、屈折率を調整するための層である。ベースフィルム３２及び樹脂層３３の積層体は、情報パターン３が形成された情報パターン層に相当する光学フィルム４０となる。さらに、樹脂層３３上には、透光性の粘着材からなる粘着層３４が設けられている。光学フィルム４０は、ベースフィルム３２が表側になるように、粘着層３４により樹脂層３３側がタッチパネル４９上に貼り付けられている。
情報パターン３のマーク３１は、可視光を透過し、且つ、赤外線を吸収する材料により形成している。そのため、表示パネル２４で表示される可視光領域のカラー表示画像に対する影響を少なくすることができる。
図３に示すように、デジタルペン１０から放射された赤外光１１３は、デジタルペン１０の先端が指す表示パネル２４の表示面に照射される。表示面に照射された赤外光１１３は、表示パネル２４を透過して拡散反射シート４８に到達し、拡散反射シート４８で拡散反射する。そのため、赤外光１１３の一部がデジタルペン１０側へ反射する。デジタルペン１０側へ反射した赤外光１２４は、情報パターン３の形成領域を通過する。このとき、情報パターン３において、マーク３１が配置された領域では赤外光１２４が吸収され、マーク３１が配置されていない領域では、赤外光１２４が透過する。これにより、デジタルペン１０に入射してくる赤外光１２４を読取部１５で受光して情報パターン３を読み取ることにより、情報パターン３に形成されたマーク３１よって表される位置情報（座標情報）を検出することができる。
［３．デジタルペンの構成］
次に、デジタルペン１０の詳細な構成について説明する。図４は、デジタルペン１０の概略構成を示す断面図である。
デジタルペン１０は、円筒状の本体ケース１１と、本体ケース１１の先端に取り付けられたペン先部１２と、ペン先部１２に作用する圧力を検出する圧力センサ１３と、赤外光を出射する照射部１４と、入射してきた赤外光を光学的に読み取る読取部１５と、デジタルペン１０を制御する制御部１６と、外部へ信号を出力する送信部１７と、デジタルペン１０の各部材に電力を供給する電源１９とを有している。また、デジタルペン１０は、読取部１５へ入射する光の光量を制限するための絞り１８ａおよび絞り１８ｂを有している。絞り１８ａおよび絞り１８ｂの詳細については後述する。
本体ケース１１は、一般的なペンと同様の外形形状であり、円筒状に形成されている。ペン先部１２は、先細形状に形成されている。ペン先部１２の先端は、表示パネル２４の表面を傷つけない程度の丸みを帯びている。また、ペン先部１２の形状は、ユーザが表示パネル２４に表示される画像を認識しやすい形状であることが好ましい。
圧力センサ１３は、本体ケース１１に内蔵され、ペン先部１２の基端部に連結されている。圧力センサ１３は、ペン先部１２に加わる圧力を検出し、その検出結果を制御部１６へ送信する。具体的には、圧力センサ１３は、ユーザがデジタルペン１０を用いて表示パネル２４上に文字などを記入する際に、表示パネル２４からペン先部１２に加わる圧力を検出する。つまり、圧力センサ１３は、デジタルペン１０を用いたユーザの入力意思の有無を判定する際に用いられる。
照射部１４は、本体ケース１１の先端部において、例えばペン先部１２の近傍に設けられている。照射部１４は、例えば、赤外線ＬＥＤで構成されている。照射部１４は、本体ケース１１の先端から赤外光を照射するように設けられている。
読取部１５は、対物レンズ１５ａと、撮像素子１５ｂとを有している。対物レンズ１５ａは、ペン先側から入射してくる光を撮像素子１５ｂに結像させる。対物レンズ１５ａは、本体ケース１１の先端側に設けられている。ここで、デジタルペン１０の先端を表示装置２０の表示面に向けた状態で照射部１４から赤外光を照射すると、赤外光は表示パネル２４を透過して、表示パネル２４の裏側に位置する拡散反射シート４８で拡散反射する。その結果、デジタルペン１０の角度に拘わらず、表示パネル２４を透過した赤外光の一部が、デジタルペン１０側へ戻ってくる。対物レンズ１５ａには、照射部１４から出射されて拡散反射シート４８で拡散反射した赤外光が入射する。撮像素子１５ｂは、対物レンズ１５ａの光軸上（すなわち、撮像光学系の光軸上）に設けられている。撮像素子１５ｂは、撮像面に結像した光学像を電気信号に変換して画像信号を生成し、その画像信号を制御部１６へ出力する。撮像素子１５ｂは、例えば、ＣＣＤイメージセンサ又はＣＭＯＳイメージセンサで構成される。詳しくは後述するが、情報パターン３は、赤外光を吸収する材料（赤外光に対する透過率が低い材料）で形成されている。そのため、情報パターン３のマーク３１からは、赤外光がデジタルペン１０へほとんど戻ってこない。他方、マーク３１間の領域からは、マーク３１の領域よりも多くの赤外光が戻ってくる。その結果、情報パターン３のパターン形状が黒く表現された光学像が、撮像素子１５ｂに撮像される。
制御部１６は、図２に示すように、特定部１６ａと、ペン側マイコン１６ｂとを有する。特定部１６ａは、読取部１５からの画像信号に基づいて、表示パネル２４上におけるデジタルペン１０の位置情報を特定する。詳しくは、特定部１６ａは、読取部１５から取得した画像信号から情報パターン３のパターン形状を取得し、パターン形状に基づいて表示パネル２４上におけるペン先部１２の位置情報を特定する。特定部１６ａにより特定されたペン先部１２の位置に関する位置情報は、ペン側マイコン１６ｂを介して送信部１７へ送られる。ペン側マイコン１６ｂは、デジタルペン１０全体を制御する。ペン側マイコン１６ｂは、ＣＰＵ及びメモリなどから構成されており、ＣＰＵを動作させるためのプログラムが実装されている。
送信部１７は、信号を外部に送信する。具体的には、送信部１７は、特定部１６ａにより特定された位置情報を外部へ無線送信する。送信部１７は、表示装置２０の受信部２２と近距離無線通信を行う。送信部１７は、本体ケース１１のうちペン先部１２とは反対側の端部に設けられている。
図５は、照射部１４からの光の中心光線Ｌｃが反射シート表面４８ａに到達する点ｘｃと、対物レンズ１５ａの光軸Ａが反射シート表面４８ａと交わる点ｘａとの位置関係を説明するための概略図である。
光源である照射部１４から出射された光は、表示パネル２４のうち、ベースフィルム３２から面光源部材４７までの部材により構成された積層体モジュールＭ内に、パネル表面３２ａから入射し、反射シート表面４８ａで反射拡散される。パネル表面３２ａは、図３に示すベースフィルム３２の最表面、つまり表示パネル２４の最表面である。反射シート表面４８ａは、図３に示す拡散反射シート４８の表面である。パネル表面３２ａと反射シート表面４８ａ（拡散反射シート４８のシート面）は、互いに平行となっている。なお、図３に示したように、積層体モジュールＭは、複数の部材で構成されているが、図５では、説明を容易にするため、パネル表面３２ａと反射シート表面４８ａのみを示している。
パネル表面３２ａと反射シート表面４８ａとの間には、情報パターン３が形成された情報パターン層として、光学フィルム４０（図５には図示せず）が配置されている。
本実施形態では、照射部１４は、対物レンズ１５ａの光軸Ａから離れて配置されている。つまり、照射部１４は、撮像光学系の光軸Ａ上以外の位置に配置されている。また、照射部１４から出射される光の中心光線Ｌｃの向きは、対物レンズ１５ａの光軸Ａに対して傾いている。図５は、光軸Ａがパネル表面３２ａ及び反射シート表面４８ａに対して垂直になるようにデジタルペン１０のペン先部１２の先端をパネル表面３２ａに接触させた垂直接触状態である。この垂直接触状態において、照射部１４から出射される光の中心光線Ｌｃが積層体モジュールＭによって屈折して反射シート表面４８ａに到達する交点ｘｃが、光軸Ａと反射シート表面４８ａとが交わる交点ｘａよりも、Ｘ軸の正方向側に存在している。つまり、反射シート表面４８ａ上において、交点ｘｃが交点ｘａよりも照射部１４側に位置している。このような構成により、情報パターン３の読み取り精度を向上させることができる。
以下、詳細について説明する。まず、図５で用いた座標系の定義について説明する。
図５において左右方向をＸ軸方向（右が正、左が負）、上下方向をＹ軸方向（上が正、下が負）と定義する。図５では、対物レンズ１５ａの光軸ＡとＹ軸が一致しており、パネル表面３２ａとＸ軸が一致している。光軸Ａとパネル表面３２ａとの交点がＸＹ座標系の原点となる。
照射部１４の発光中心の座標を（Ｘ０，Ｙ０）、照射部１４から出射される光の中心光線をＬｃ、照射部１４の発光中心（Ｘ０，Ｙ０）からＹ軸方向に延ばした線分Ｂと中心光線Ｌｃとのなす角度（すなわち、パネル表面３２ａに対する照射部１４の傾斜角度）をθＬ、半値角をθ１／２、とする。半値角とは、光源上の軸上光度（図５では、照射部１４の中心光線Ｌｃの光度）を１としたときに、光源に対してθ傾いた方向から見える光度の割合が０．５となる角度のことである。ただし、発光中心（Ｘ０，Ｙ０）を中心として時計回りの方向を＋方向の角度とする。
モジュール厚Ｄは、積層体モジュールＭのＹ方向の厚みであり、パネル表面３２ａから反射シート表面４８ａまでの距離である。このとき、積層体モジュールＭの等価屈折率をｎとする。等価屈折率ｎは、積層体モジュールＭを単一部材とみなしたときの屈折率であり、積層体モジュールＭ内では光線は直進すると仮定する。
また、上記垂直接触状態における、デジタルペン１０によるパネル表面３２ａでの撮影範囲をＷとする。図５では、撮影範囲Ｗとして、Ｘ軸方向の範囲が示されている。
照射部１４から出射された光線は、傾斜角度θＬの中心光線Ｌｃを中心として、半値角度±θ１／２の角度範囲に主に照射される。中心光線Ｌｃに対して＋側の半値角度で示す光線（上側光線Ｌｕと呼ぶ）の光線角度はθＬ＋θ１／２であり、中心光線Ｌｃに対して−側の半値角度で示す光線（下側光線Ｌｄと呼ぶ）の光線角度はθＬ−θ１／２、である。
中心光線Ｌｃは、模式的には、図５に示すように、パネル表面３２ａにおいてスネルの法則に従い等価屈折率ｎなどから決まる屈折角度で屈折し、積層体モジュールＭ内を直進し、反射シート表面４８ａで拡散反射される。なお、実際には、積層体モジュールＭ内では、屈折率が一定の領域で光が直進し、屈折率が変化する界面で光が屈折する。
ここで、パネル表面３２ａで屈折するときの光線の入射角度をθｉ、屈折角度をθｒ、とすると、中心光線Ｌｃが反射シート表面４８ａに到達する位置のＸ座標ｘｃは、数式（１）〜（３）で表される。
θｉ＝θＬ、ｓｉｎθｉ＝ｎ×ｓｉｎθｒ・・・（１）
ｘｃ＝Ｘ０−Ｙ０×ｔａｎθＬ−Ｄ×ｔａｎθｒ・・・（２）
ｘｃ＝Ｘ０−Ｙ０×ｔａｎθＬ−Ｄ×ｔａｎ（ｓｉｎ−１（ｓｉｎθＬ／ｎ））・・・（３）
同様にして、上側光線Ｌｕが反射シート表面４８ａに到達する位置のＸ座標ｘｕは、数式（４）〜（６）で表される。
θｉ＝θＬ＋θ１／２、ｓｉｎθｉ＝ｎ×ｓｉｎθｒ・・・（４）
ｘｕ＝Ｘ０−Ｙ０×ｔａｎ（θＬ＋θ１／２）−Ｄ×ｔａｎθｒ・・・（５）
ｘｕ＝Ｘ０−Ｙ０×ｔａｎ（θＬ＋θ１／２）−Ｄ×ｔａｎ（ｓｉｎ−１（（θＬ＋θ１／２）／ｎ））・・・（６）
下側光線Ｌｄが反射シート表面４８ａに到達する位置のＸ座標ｘｄは、数式（７）〜（９）で表される。
θｉ＝θＬ−θ１／２、ｓｉｎθｉ＝ｎ×ｓｉｎθｒ・・・（７）
ｘｄ＝Ｘ０−Ｙ０×ｔａｎ（θＬ−θ１／２）−Ｄ×ｔａｎθｒ・・・（８）
ｘｄ＝Ｘ０−Ｙ０×ｔａｎ（θＬ−θ１／２）−Ｄ×ｔａｎ（ｓｉｎ−１（（θＬ−θ１／２）／ｎ））・・・（９）
したがって、反射シート表面４８ａ上のＸ軸方向における主照明範囲Ｗ’（上側光線Ｌｕが反射シート表面４８ａに到達する点ｘｕから、下側光線Ｌｄが反射シート表面４８ａに到達する点ｘｄまでの範囲）は、数式（１０）で表される。
Ｗ’＝ｘｄ−ｘｕ
＝Ｙ０×（ｔａｎ（θＬ−θ１／２）−ｔａｎ（θＬ＋θ１／２））＋Ｄ×（ｔａｎ（ｓｉｎ−１（（θＬ−θ１／２）／ｎ）−ｓｉｎ−１（（θＬ＋θ１／２）／ｎ））・・・（１０）
一般的には、撮影範囲において照明むらが少ないほど、かつ明るい照明であるほど、情報パターン３の認識率が良く、結果的に座標検出率が向上する。
本実施形態の表示制御システム１００は、中心光線Ｌｃの到達位置を表すＸ座標ｘｃがｘｃ＞０の条件を満たすように構成されている。ここで、反射シート表面４８ａでは、完全拡散は生じず、実際には、反射光に鏡面反射成分が含まれる。そのため、ランバート光源とは異なり、Ｘ軸方向の−側に相対的に強い指向性をもつ。反射シート表面４８ａで反射および拡散された光線は、さらに積層体モジュールＭ内を直線状に進み、パネル表面３２ａで屈折して、積層体モジュールＭから出射する。このとき、パネル表面３２ａでは、Ｘ座標ｘｃよりＸ軸方向の−側で相対的に明るく、Ｘ座標ｘｃよりＸ軸方向の＋側で相対的に暗い照明分布となる。したがって、ｘｃ＞０という条件を満たす構成にすることで、つまり、撮影範囲Ｗの中心よりＸ座標ｘｃがＸ軸方向の＋側となるようにすることで、撮影範囲Ｗにおいて照明むらを抑えることができる。
ここで、ｘｃ≦０の場合について説明する。ｘｃ≦０の場合、パネル表面３２ａでは、Ｘ座標ｘｃよりＸ軸方向の−側で相対的に明るくなる一方で、最も明るい照明分布が撮影範囲Ｗからはずれ、Ｘ座標ｘｃよりＸ軸方向の＋側ではさらに相対的に暗い照明分布となる。したがって、ｘｃ≦０の場合、撮影範囲Ｗにおいて、照明むらが発生しやすくなり、情報パターン３の認識率が悪化し、結果的に座標検出率が低下する。
なお、ｘｃ＞０という条件は、照射部１４が出射する光の中心波長に対して満足している。例えば、照射部１４は、中心波長が８５０ｎｍ以上の赤外光を出射する。また、ｘｃ＞０という条件は、例えば、反射シート表面４８ａに対して対物レンズ１５ａの光軸が４５度傾き、且つ、デジタルペン１０のペン先部１２の先端が表示パネル２４の表面に接触する状態でも成立する。
さらに、反射シート表面４８ａにおける上記主照明範囲をＷ’は、Ｗ＜Ｗ’（すなわち、撮影範囲Ｗよりも、反射シート表面４８ａにおける主照明範囲Ｗ’が広い）という条件を満たすことが望ましい。このような構成により、反射シート表面４８ａで拡散反射された光の分布の幅が広くなる。その結果、撮影範囲Ｗにおいて、さらに照明むらが少なくなるため、情報パターン３の認識率が良く、結果的に座標検出率がさらに向上する。
逆にＷ＜Ｗ’であると、反射シート表面４８ａで拡散反射される光の分布の幅が小さくなる。その結果、撮影範囲Ｗにおいて、照明むらが発生しやすくなり、情報パターン３の認識率が悪化し、結果的に座標検出率が低下する。
図６は、パネル表面３２ａで発生する反射成分と絞り１８ｂとの位置関係を示す概略図である。
図６に示すように、本実施形態では、光量制限のための絞り１８ａがレンズ鏡筒９内に設けられている。そして、絞り１８ａとは別に、画角制御用の絞り（開口部材：アパーチャ）１８ｂが設けられている。なお、図６では、光線の説明を容易にするため、絞り１８ｂを点線で図示している。また、絞り１８ｂは、図６の寸法線Ｌで示した範囲のいずれかの位置において、設置可能である。絞り１８ｂの開口の大きさは、絞り１８ｂを配置する位置に応じて適宜変更すればよい。ここで、パネル表面３２ａにおいて照射部１４から出射された光の反射成分が発生するが、通常では、撮影範囲Ｗより十分に外の位置で発生した反射成分は、レンズ鏡筒９へ向かわないため問題ない。しかし、本実施形態においては、撮影範囲Ｗの外周の外側近傍で中心光線Ｌｃが反射するような条件下でも使用される可能性がある。この反射成分は、図６に示すように、絞り１８ｂがなければ、パネル表面３２ａからレンズ鏡筒９へ向かい、レンズ鏡筒９内で反射や拡散する。これにより、ゴーストやフレアが発生し、情報パターン３を読み取る際にエラー要因となる。その結果、デジタルペン１０における座標検出率が大幅に悪化する。
本実施形態においては、画角制御用の開口部材１８ｂ（アパーチャ）を設けている。照射部１４の光の中心光線Ｌｃがレンズ鏡筒９に入射しないように、開口部材１８ｂの開口部に対して、照射部１４の位置及び傾きが設定されているということもできる。そのため、画角外の光線がレンズ鏡筒９内で反射や拡散することに起因するゴーストやフレアの発生を抑制することができる。さらに、この開口部材１８ｂによって、ペン先部１２で反射した照射部１４からの反射光も同時に抑える効果をもたせることができる。
図７に、本実施形態の変形例を示す。図７のデジタルペン１０は、Ｒ側照射部１４Ｒ及びＬ側照射部１４Ｌの２つの光源が配置されている点で、図５に示した構成と異なっている。
図７に示すように、パネル表面３２ａにおいてペン先部１２の先端の中心の位置と撮影範囲Ｗの中心の位置が互いに異なっていてもよい。言い換えると、ペン先部１２の先端の中心の位置が対物レンズ１５ａの光軸からずれていてもよい。また、Ｒ側照射部１４ＲとＬ側照射部１４Ｌは、対物レンズ１５ａの光軸に対して非対称に配置されていても良い。さらに、傾斜角度θＬが、Ｒ側照射部１４ＲとＬ側照射部１４Ｌとで互いに異なっていてもよい。
画角制御用の絞り１８ｂの開口部は、Ｒ側照射部１４ＲやＬ側照射部１４ＬよりもＹ軸方向の＋側の位置、かつレンズ鏡筒９よりもＹ軸方向の−側の位置に配置されている。
Ｒ側照射部１４Ｒの光線がパネル表面３２ａで反射を起こし、過度の明るさで撮影画像が飽和してしまい結果的に座標検出ができない場合がある。このような場合、使用する照射部１４をＲ側照射部１４ＲからＬ側照射部１４Ｌへ切り替えて、Ｌ側照射部１４Ｌによって照明する。このとき、Ｌ側照射部１４Ｌの反射条件角度は、Ｒ側照射部１４Ｒの反射条件角度と異なるために、Ｒ側照射部１４Ｒで照明する場合と、Ｌ側照射部１４Ｌで照明する場合の両方で撮影画像が飽和せず、任意のペン角度において座標検出ができる。
なお、本実施例は、照射部１４が２個配置された場合を示しているが、少なくとも１個の照射部１４が前述した条件（ｘｃ＞０）を満たしているのが望ましい。
［４．情報パターンの詳細］
図８は、マーク３１の配置パターンを示す図である。図８には、マーク３１の位置を説明するために、仮想の線（実際には存在しない線）として、第１基準線５４と第２基準線５５とを記載している。第１基準線４４と第２基準線５５は互いに直交している。図８では、例えば等間隔に配列された複数の第１基準線５４と、例えば等間隔に配列された複数の第２基準線５５により格子が形成されている。
各マーク３１は、第１基準線５４と第２基準線５５の交点から、第１基準線５４の延伸方向、又は、第２基準線５５の延伸方向に沿う四方向の何れかに、シフト（オフセット）した位置に配置される。具体的には、マーク３１は、図９（ａ）〜（ｄ）の何れかの配置をとる。図９（ａ）の配置では、マーク３１は、第１基準線５４と第２基準線５５との交点の上側の位置に配置される。この配置を数値化する際には「１」で表す。図９（ｂ）の配置では、マーク３１は、第１基準線５４と第２基準線５５との交点の右側の位置に配置される。この配置を数値化する際には「２」で表す。図９（ｃ）の配置では、マーク３１は、第１基準線５４と第２基準線５５との交点の下側の位置に配置される。この配置を数値化する際には「３」で表す。図９（ｄ）の配置では、マーク３１は、第１基準線５４と第２基準線５５との交点の左側の位置に配置される。この配置を数値化する際には「４」で表す。各マーク３１は、その配置パターンに応じて、デジタルペン１０において「１」から「４」の数値で表される。
そして、図８（ｂ）に示すように、６マーク×６マークを１つの単位エリア５０として、単位エリア５０に含まれる３６個のマーク３１で１つの情報パターン３を形成する。単位エリア５０に含まれる３６個のマーク３１のそれぞれを、図９に示す「１」〜「４」の何れかの配置とすることによって、互いに異なる情報を持つ、膨大な数の情報パターン３を形成することができる。光学フィルム４０では、全ての情報パターン３が、互いに異なるパターンとなっている。
これらの情報パターン３の１つ１つには、情報を付加されている。詳しくは、各情報パターン３は、単位エリア５０ごとの位置座標を表している。つまり、光学フィルム４０を、６マーク×６マークの単位エリア５０で分割すると、各単位エリア５０の情報パターン３はその単位エリア５０の位置座標を表している。図８（ｂ）では、エリア５０ａの情報パターン３は、エリア５０ａの中心位置の位置座標を表し、エリア５０ｂの情報パターン３は、エリア５０ｂの中心位置の位置座標を表す。図８（ｂ）においてペン先が右下へ斜めに移動すると、デジタルペン１０が読み取るエリア５０は、エリア５０ａからエリア５０ｂへ変化する。このような情報パターン３のパターンニング（コーディング）や座標変換（デコーディング）の方法は、例えば、特開２００６−１４１０６１号公報に開示されているような公知の方法を用いることができる。
［５．マークの材料］
マーク３１は、可視光（波長４００〜７００ｎｍの光）を透過し、且つ、赤外光（波長７００ｎｍ以上の光）を吸収する材料で形成されている。マーク３１は、例えば波長８００ｎｍ以上の赤外光を吸収する材料で形成されている。具体的には、マーク３１は、可視光に対して９０％以上の透過率を有し、且つ、赤外光に対しては５０％以下（例えば、２０％以下）の透過率を有する材料で形成されている。例えば、マーク３１は、赤外光に対しては透過率が１０％の材料で形成してもよい。
このような材料として、例えば、ジイモニウム系、フタロシアニン系、シアニン系等の化合物が挙げられる。これらの材料は、単独で用いてもよく、混合して用いてもよい。ジイモニウム系の化合物として、ジイモニウム塩系化合物を含むことが好ましい。ジイモニウム塩系化合物は、近赤外線領域の吸収量が大きく、吸収域も広く、可視光領域の透過率が高い特性を有する。ジイモニウム塩系化合物は、市販品を用いることができ、例えば、日本化薬株式会社製のＫＡＹＡＳＯＲＢシリーズ（Ｋａｙａｓｏｒｂ ＩＲＧ−０２２，ＩＲＧ−０２３，ＩＲＧ−０２４等）や日本カーリット株式会社製のＣＩＲ−１０８０，ＣＩＲ−１０８１，ＣＩＲ−１０８３，ＣＩＲ−１０８５等が好適である。シアニン系化合物は、市販品を用いることができ、例えば、株式会社ＡＤＥＫＡ製のＴＺシリーズ（ＴＺ−１０３，ＴＺ−１０４，ＴＺ−１０５等）や日本化薬株式会社製のＣＹ−９，ＣＹ−１０等が好適である。
［６．動作］
続いて、このように構成された表示制御システム１００の動作について説明する。図１０は、表示制御システム１００の処理の流れを示すフローチャートである。以下では、ユーザが、デジタルペン１０を用いて表示装置２０に文字をペン入力（記入）する場合について説明する。
まず、表示制御システム１００の電源がオンされると、ステップＳ１１において、デジタルペン１０のペン側マイコン１６ｂは、ペン先部１２に作用する圧力の監視を開始する。この圧力の検出は、圧力センサ１３が行う。圧力センサ１３によって圧力が検出されると（Ｙｅｓ）、ペン側マイコン１６ｂは、ユーザが表示装置２０の表示パネル２４に対して文字をペン入力していると判定し、ステップＳ１２へ進む。圧力センサ１３によって圧力が検出されていない間（Ｎｏが続く間）は、ペン側マイコン１６ｂは、ステップＳ１１を繰り返す。尚、デジタルペン１０の電源がオンされると、照射部１４は赤外光の照射を開始する。圧力センサ１３により圧力が検出されると、照射部１４から赤外光が出射されるようにしてもよい。
ステップＳ１２では、デジタルペン１０の読取部１５が、表示パネル２４に形成された情報パターン３を検出する。ここで、照射部１４から照射された赤外光は、上述の拡散反射シート４８で拡散反射し、一部の赤外光がデジタルペン１０側へ戻ってくる。そして、デジタルペン１０側へ戻る赤外光は、情報パターン３のマーク３１をほとんど透過しない。対物レンズ１５ａには主にマーク３１間の領域を透過した赤外光が到達する。そして、赤外光は、対物レンズ１５ａを介して撮像素子１５ｂに受光される。対物レンズ１５ａは、表示パネル２４上においてペン先部１２が指示している位置からの反射光を受光するように配置されている。その結果、表示パネル２４の表示面上におけるペン先部１２の指示位置の情報パターン３が撮像素子１５ｂにより撮像される。このようにして、読取部１５は、情報パターン３を光学的に読み取る。読取部１５が取得した画像信号は、特定部１６ａに送信される。
ステップＳ１３では、特定部１６ａが、画像信号から情報パターン３のパターン形状を取得し、そのパターン形状に基づいて、表示パネル２４の表示面上におけるペン先部１２の位置を特定する。詳しくは、特定部１６ａは、得られた画像信号に所定の画像処理を施すことにより、情報パターン３のパターン形状を取得する。続いて、特定部１６ａは、取得したパターン形状におけるマーク３１の配列から、どの単位エリア５０（６マーク×６マークの単位エリア）であるかを割り出すと共に、単位エリア５０の情報パターン３からその単位エリア５０の位置座標（位置情報）を特定する。特定部１６ａは、情報パターン３のコーディング方法に対応した所定の演算により、情報パターン３を位置座標に変換する。特定された位置情報は、ペン側マイコン１６ｂに送信される。
続いて、ステップＳ１４では、ペン側マイコン１６ｂは、送信部１７を介して位置情報を表示装置２０へ送信する。
デジタルペン１０から送信された位置情報は、表示装置２０の受信部２２により受信される。受信された位置情報は、受信部２２から表示側マイコン２３に送信される。ステップＳ１５において、表示側マイコン２３は、位置情報を受信すると、表示パネル２４の表示面において位置情報に対応する位置の表示内容を変更するように表示パネル２４を制御する。この例では、文字の入力なので、表示パネル２４の表示面において位置情報に対応する位置に点を表示する。
続いて、ステップＳ１６において、ペン側マイコン１６ｂは、ユーザによるペン入力が継続しているか否かを判定する。圧力センサ１３が圧力を検出している場合には、ペン側マイコン１６ｂは、ユーザによるペン入力が継続していると判定して、ステップＳ１２へ戻る。そして、ステップＳ１２からステップＳ１６のフローを繰り返すことによって、デジタルペン１０のペン先部１２の移動に追従して、表示パネル２４の表示面上におけるペン先部１２の位置に、点が連続的に表示される。最終的には、デジタルペン１０のペン先部１２の軌跡に応じた文字が表示装置２０の表示パネル２４に表示される。
一方、ステップＳ１６において、圧力センサ１３が圧力を検出しない場合には、ペン側マイコン１６ｂは、ユーザによるペン入力が継続していないと判定して、処理を終了する。
こうして、表示装置２０が表示パネル２４の表示面上におけるデジタルペン１０の先端の軌跡を表示パネル２４に表示する。これによって、デジタルペン１０を用いた表示パネル２４への手書き入力を行うことができる。
尚、以上の説明では、文字を記入する場合について説明したが、表示制御システム１００の使い方は、これに限られるものでない。文字（数字など）に限らず、記号及び図形等を記入できることはもちろんのことであるが、デジタルペン１０を消しゴムのように用いて、表示パネル２４に表示された文字、及び図形等を消すこともできる。つまり、表示装置２０は、デジタルペン１０の先端の移動に追従して、表示パネル２４上におけるデジタルペン１０の先端の位置の表示を連続的に消去することによって、表示パネル２４上におけるデジタルペン１０の先端の軌跡と一致する部分の表示を消去することができる。さらには、デジタルペン１０をマウスのように用いて、表示パネル２４に表示されるカーソルを移動させたり、表示パネル２４に表示されるアイコンを選択したりすることもできる。すなわち、デジタルペン１０を用いて、グラフィッカルユーザインターフェイス（ＧＵＩ）を操作することもできる。このように、表示制御システム１００においては、デジタルペン１０が指示する表示パネル２４上の位置に応じて、表示装置２０への入力が行われ、表示装置２０がその入力に応じて様々な表示制御を行う。
［７．実施形態の効果］
上述したとおり、本実施形態の表示制御システム１００は、表示装置２０と、表示装置２０に形成された情報パターン３を読み取るデジタルペン１０とを備える。デジタルペン１０は、表示装置２０に対して光を出射する少なくとも１つ以上の照射部１４と、表示装置２０から反射した光を撮像する読取部１５とを備える。表示装置２０は、マーク３１が形成された光学フィルム４０と、光学フィルム４０の背面側に配置されて照射部１４からの光を拡散反射する拡散反射シート４８とを備える。照射部１４は、読取部１５の光軸Ａと離れて配置されている。光軸Ａから照射部１４に向かう方向を第１方向（Ｘ軸正方向）とした場合、照射部１４から出射される光の中心光線Ｌｃと拡散反射シート４８とが交わる点が、光軸Ａと拡散反射シート４８とが交わる点よりも第１方向（Ｘ軸正方向）側に存在する。すなわち、拡散反射シート４８のシート面に対して読取部１５の光軸Ａが垂直となり、且つ、デジタルペン１０のペン先部１２の先端が表示パネル２４に接触する垂直接触状態において、照射部１４から出射される光の中心光線Ｌｃが拡散反射シート４８に到達する点が、読取部１５の光軸Ａと拡散反射シート４８とが交わる点よりも、照射部１４側に位置する。
このような構成により、撮影範囲Ｗにおいて照明むらを抑えることができる。その結果、情報パターン３の読み取り精度を向上させることができる。
また、垂直接触状態において、照射部１４からの光のうち、最大光度の半分以上の光度を有する光線により照明される拡散反射シート４８上の主照明範囲Ｗ’は、読取部１５による表示パネル２４の表面３２ａ上の撮像範囲Ｗよりも広い。例えば、表示パネル２４を正面から見た場合に、撮像範囲Ｗ全体が主照明範囲Ｗ’内に位置している。このような構成により、撮影範囲Ｗにおいて、さらに照明むらが少なくなるため、情報パターン３の認識率が良く、結果的に座標検出率がさらに向上する。
（その他の実施形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施形態１を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施形態にも適用可能である。また、上記実施形態１で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施形態とすることも可能である。そこで、以下、他の実施形態を例示する。
上記実施形態１では、表示装置として液晶ディスプレイを例に挙げて説明したが、これには限られるものではない。表示装置２０は、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、又は無機ＥＬディスプレイなどの、文字や映像を表示可能な装置であればよい。また、表示装置２０は、電子ペーパーのように表示面が自由に変形する装置であってもよい。
また、表示装置２０は、ノートＰＣ又は携帯型タブレットのディスプレイであってもよい。さらには、表示装置２０は、テレビ又は電子黒板等であってもよい。
上記実施形態１では、情報パターン３が形成された光学フィルム４０をカラーフィルタ４４上に配置する構成としたが、これには限られるものではない。カラーフィルタ４４に直接マーク３１を形成する構成であってもよい。
デジタルペン１０又は表示装置２０は、デジタルペン１０からの位置情報の入力を受けて行う処理を切り替える切替部を有していてもよい。具体的には、デジタルペン１０にスイッチを設け、文字等の入力、文字等の消去、カーソルの移動、及びアイコンの選択等をそのスイッチにより切り替え可能に構成してもよい。あるいは、表示装置２０に、文字等の入力、文字等の消去、カーソルの移動、及びアイコンの選択等を切り替えるためのアイコンを表示させ、デジタルペン１０を用いてそれらのアイコンを選択可能に構成してもよい。さらに、デジタルペン１０や表示装置２０に、マウスの右クリックや左クリックに相当するスイッチを設けてもよい。これにより、ＧＵＩの操作性をさらに向上させることができる。
また、上記実施形態１のデジタルペン１０及び表示装置２０の構成は、一例であって、これらに限られるものではない。
また、上記実施形態１では、デジタルペン１０と表示装置２０との間の信号の送受信は、無線通信により行われているが、これに限られるものではない。デジタルペン１０と表示装置２０とが有線で接続されており、その有線を介して信号の送受信を行ってもよい。
また、上記実施形態１では、デジタルペン１０で位置情報の特定を行って、その位置情報を表示装置２０へ送信しているが、これに限られるものではない。図１１は、その他の実施形態に係る表示制御システム２００のブロック図である。図１１に示すデジタルペン２１０は、圧力センサ１３と、照射部１４と、読取部１５と、制御部２１６と、送信部１７とを有している。圧力センサ１３、照射部１４、読取部１５及び送信部１７の構成は、上記実施形態１と同様である。制御部２１６は、ペン側マイコン１６ｂを有し、実施形態１の特定部１６ａを有していない。つまり、制御部２１６は、撮像素子１５ｂから入力された画像信号を、その画像信号からデジタルペン２１０の位置情報を特定することなく、送信部１７へ出力する。こうして、デジタルペン２１０からは、撮像素子１５ｂで撮像した画像信号が送信される。図１１に示す表示装置２２０は、外部からの信号を受信する受信部２２と、表示装置２２０全体を制御する表示側マイコン２３と、画像を表示する表示パネル２４と、デジタルペン１０の位置を特定する特定部２４０とを有している。受信部２２、表示側マイコン２３及び表示パネル２４の構成は、上記実施形態１と同様である。表示パネル２４には、複数の情報パターン３が形成されている。受信部２２は、デジタルペン２１０から送信された画像信号を受信して、その画像信号を特定部２４０に送信する。特定部２４０は、上記実施形態１におけるデジタルペン１０の特定部１６ａと同様の機能を有する。この構成によれば、図１２に示すように、デジタルペン２１０が情報パターン３の画像を撮像素子１５ｂで取得し（ステップＳ２２）し、その画像信号がデジタルペン２１０から表示装置２２０へ送信される（ステップＳ２３）。そして、表示装置２２０の特定部２４０が、デジタルペン２１０から受信した画像信号からデジタルペン２１０の位置を特定する（ステップＳ２４）。それ以外の処理は、上記実施形態１と同様である。
尚、表示制御システム２００のデジタルペン２１０において、情報パターン３の画像を取得後、画像処理まで行ってデータ量を低減した後に、画像処理後の信号を表示装置２２０へ送信してもよい。つまり、デジタルペン１０，２１０が指示する表示パネル２４上の位置に関する情報を表す情報パターン３を、デジタルペン１０，２１０が撮像する限りにおいては、位置に関する情報が、どのような状態で、デジタルペン１０，２１０から表示装置２０，２２０へ送信されてもよい。表示装置２０，２２０は、受け取った位置に関する情報に応じて様々な表示制御を行う。
また、表示パネル２４上におけるデジタルペンの位置を特定する特定部は、デジタルペン１０および表示装置２０とは別個の制御装置として、設けてもかまわない。例えば、ディスプレイ装置（表示装置の例）とＰＣ本体（制御装置の例）とを備えたデスクトップＰＣにデジタルペンを加えた表示制御システムにおいては、ディスプレイ装置の表示パネルに情報パターン３が形成されている。デジタルペンは、情報パターン３を光学的に読み取ってＰＣ本体へ送信する。そして、ＰＣ本体が情報パターン３からデジタルペンの位置を特定し、その特定した位置に応じた処理をディスプレイ装置に命令するようにしてもよい。
また、上記実施形態１では、圧力センサ１３を、圧力が作用しているか否かを判定することだけに用いているが、これに限られるものではない。例えば、圧力センサ１３の検出結果に基づいて圧力の大きさを検出するように構成してもよい。これにより、圧力の連続的な変化を読み取ることができる。その結果、圧力の大きさに基づいて、ペン入力により表示される線の太さや濃さを変化させることができる。
尚、上記実施形態１では、圧力センサ１３を用いて、デジタルペン１０による入力の有無を検出しているが、これに限られるものではない。デジタルペン１０にペン入力のオン／オフを切り替えるスイッチを設け、そのスイッチがオンされたときにペン入力が有ると判定するように構成してもよい。この場合、デジタルペン１０が表示パネル２４の表面に接触していなくても、ペン入力を行うことができる。または、表示装置２０が表示パネル２４の表面を所定の振動数で振動させてもよい。この場合、表示装置２０が、デジタルペン１０が表示パネル２４の表面に接触することによる振動数の変化を検出することによって、ペン入力の有無を検出するように構成してもよい。
上記実施形態１では、副画素は、長方形状であるが、これに限られるものではない。副画素は、三角形や平行四辺形などの形状でもよく、これらを組み合わせた形状であってもよい。副画素の形状は、表示装置が文字や映像を出力できるものであればよい。また、ブラックマトリクスも、副画素の形状に合わせて適宜変更し得る。
また、上記実施形態１では、マーク３１は、第１基準線５４又は第２基準線５５上に配置されている。しかし、図１３に示すように、マーク３１は、第１基準線５４と第２基準線５５との交点から、第１基準線５４及び第２基準線５５に対して斜めの方向にシフトした位置に配置されてもよい。
尚、マーク３１の配置パターンは、これに限られるものではない。情報パターン３のコーディングは、任意の手法を採用することができるので、採用するコーディング手法に応じてマーク３１の配置パターンを変更すればよい。
また、マーク３１を配置するための第１基準線５４及び第２基準線５５は、実施形態１に限られるものではない。例えば、第１基準線５４はブラックマトリクス４５基準線５４上に規定してもよいし、副画素上に規定してもよい。さらには、第１基準線５４を何色の副画素上に規定するかは任意に選択することができる。第２基準線５５についても同様である。
上記実施形態１では、６マーク×６マークの単位エリア５０で情報パターン３を形成しているが、これに限られるものではない。単位エリアを構成するマーク３１の個数は、デジタルペン１０や表示装置２０の設計に応じて適宜設定することができる。また、情報パターン３の構成は、所定エリアに含まれるマーク３１それぞれの配置の組合せに限られるものではない。情報パターン３が特定の位置情報を表すことができる限り、コーディングの手法は上記実施形態１に限られるものではない。
上記実施形態１では、情報パターン３が矩形状のマーク３１で構成されているが、これに限られるものではない。矩形状のマーク３１の代わりに、三角形等の図形又はアルファベット等の文字で表されるマークによって、情報パターン３が構成されていてもよい。例えば、マーク３１は、副画素の全面に亘って形成されていてもよい。
特定部１６ａは、演算により、情報パターン３を位置座標に変換しているが、これに限られるものではない。例えば、特定部１６ａは、全ての情報パターン３と、そのそれぞれに対応付けられた位置座標を予め記憶しておき、取得された情報パターン３を、記憶しておいた情報パターン３と位置座標との関係に照らし合わせて、位置座標を特定するようにしてもよい。
以上のように、本開示における技術の例示として、実施形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。
したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須ではない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されているからといって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定を受けるべきではない。
また、上述の実施形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等な範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
以上説明したように、本開示は、読取装置によって表示パネルに形成された情報パターンを光学的に読み取る表示制御システムなどについて有用である。
１０ デジタルペン
１１ 本体ケース
１２ ペン先部
１３ 圧力センサ
１４ 照射部
１５ 読取部
１６ 制御部
１７ 送信部
１９ 電源
２０ 表示装置
１００ 表示制御システム
本開示は、読取装置によって表示パネルに形成された情報パターンを光学的に読み取る表示制御システムなどに関する。
従来より、ペンを用いて紙の上に文字等を記入する際に、紙に記入した情報を電子化し、その電子化された情報をサーバや端末に送信する技術が知られている（特許文献１）。特許文献１では、紙面上に形成された複数のドットからなる情報パターンを読み取ることでペンの動きを検出している。
特開２００７−２２６５７７号公報
ところで、近年、ユーザにスタイラスのような筆記具を用いて表示装置の表示面に文字等を記入させて、表示面に筆記具の軌跡をそのまま表示する手書き入力可能なシステムが開発されている。このようなシステムについて、特許文献１に記載された情報パターンの読み取り技術を適用することが考えられる。しかし、表示装置に情報パターンを設ける場合は、紙面上に情報パターンを設ける場合に比べて、情報パターンを読み取るための光の挙動が複雑になり、従来のシステムのままでは、情報パターンを精度良く読み取ることが困難である。
本開示は、表示パネルに形成された情報パターンの読み取り精度を向上させるのに有効な表示制御システムを提供する。
本開示における表示制御システムは、画像を表示する表示パネルと、表示パネルに形成された情報パターンを光学的に読み取る読取装置とを備える表示制御システムであって、読取装置は、表示パネルに対して光を出射する少なくとも１つ以上の光源と、光源から出射されて表示パネルで反射した光を撮像する撮像光学系と、を備え、表示パネルは、情報パターンが形成された情報パターン層と、情報パターン層の背面側に配置され、光源からの光を拡散反射する反射層と、を備え、光源は、撮像光学系の光軸上以外の位置に配置されており、反射層に対して撮像光学系の光軸が垂直となり、且つ、読取装置が表示パネルに接触する垂直接触状態において、光源から出射される光の中心光線が反射層に到達する点が、撮像光学系の光軸と反射層とが交わる点よりも、光源側に位置する。
また、本開示における読取装置は、情報パターンが形成された情報パターン層と、情報パターン層の背面側に配置されて光を拡散反射する反射層と有する表示パネルの情報パターンを光学的に読み取る読取装置であって、読取装置は、表示パネルに対して光を出射する少なくとも１つ以上の光源と、光源から出射されて表示パネルで反射した光を撮像する撮像光学系と、を備え、光源は、撮像光学系の光軸上以外の位置に配置されており、反射層に対して撮像光学系の光軸が垂直となり、且つ、当該読取装置が表示パネルに接触する状態において、光源から出射される光の中心光線が反射層に到達する点が、撮像光学系の光軸と反射層とが交わる点よりも、光源側に位置するように構成されている。
本開示によれば、情報パターンの読み取り精度を向上させるのに有効である。
図１は、表示制御システム１００をユーザが使用している状況を示す概略図である。 図２は、表示制御システム１００のブロック図である。 図３は、表示パネル２４の断面図である。 図４は、デジタルペン１０の概略構成を示す断面図である。 図５は、照射部１４からの光の中心光線Ｌｃが反射シート表面４８ａに到達する点ｘｃと、対物レンズ１５ａの光軸Ａが反射シート表面４８ａと交わる点ｘａとの位置関係を説明するための概略図である。 図６は、パネル表面３２ａで反射した反射光の光線と絞り１８ｂとの位置関係を説明するための概略図である。 図７は、照射部１４が２つ有る場合の変形例を示す概略図である。 図８は、情報パターン３を説明するための概略図である。 図９は、マーク３１の位置によって、マーク３１の位置を数値化した情報が異なることを説明するための概略図である。 図１０は、表示制御システム１００の処理の流れを示すフローチャートである。 図１１は、表示制御システム２００のブロック図である。 図１２は、表示制御システム２００の処理の流れを示すフローチャートである。 図１３は、情報パターン３のその他の例を示す概略図である。
以下、適宜図面を参照しながら、実施形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
尚、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するものであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
（実施形態１）
以下、図１〜１０を用いて、実施形態１を説明する。
［１．表示制御システムの概要］
図１は、実施形態１に係る表示制御システム１００の外観を示す概略図である。表示制御システム１００は、光学式デジタルペン（以下、単に「デジタルペン」と称する。）１０と、表示装置２０とを備えている。デジタルペン１０は、読取装置の一例である。
詳しくは後述するが、表示装置２０は、液晶ディスプレイであり、表示パネル２４（表示部）の表示面に様々な画像を表示することができる。また、表示装置２０には、表示パネル２４の表示面上における位置に関する情報を表す情報パターン３（ドットパターン）が設けられている。情報パターン３は、表示パネル２４の正面視において、表示パネル２４の表示面に重なるように設けられている。デジタルペン１０は、情報パターン３を光学的に読み取ることによって、表示パネル２４の表示面上におけるデジタルペン１０の先端の位置に関する情報（以下、「位置情報」ともいう）を検出し、その位置情報を表示装置２０に送信する。表示装置２０は、その位置情報を入力として受け取り、様々な表示制御を行う。
例えば、デジタルペン１０の先端を表示パネル２４上で移動させた場合に、デジタルペン１０は、連続的に読み取った情報パターン３から、デジタルペン１０の先端の軌跡として、連続的な位置情報を検出する。表示装置２０は、デジタルペン１０の先端の軌跡に応じて、表示パネル２４に点を連続的に表示する。これにより、デジタルペン１０を用いて、表示パネル２４に文字や図形等を手書き入力することができる。または、表示装置２０は、デジタルペン１０の軌跡に応じて、表示パネル２４が表示している点を連続的に消去する。これにより、デジタルペン１０を消しゴムのように用いて、表示パネル２４の文字や図形を消去することができる。すなわち、デジタルペン１０は、読み取り装置として機能すると共に、表示制御システム１００への入力装置としても機能する。
［２．表示装置の構成］
以下、表示装置２０について説明する。図２は、表示制御システム１００の概略構成を示すブロック図である。
表示装置２０は、外部からの信号を受信する受信部２２と、表示装置２０全体を制御する表示側マイコン２３と、画像を表示する表示パネル２４とを有している。
受信部２２は、詳しくは後述するが、デジタルペン１０から送信された信号を受信する。受信部２２が受信した信号は、表示側マイコン２３に送られる。
表示側マイコン２３は、ＣＰＵ及びメモリなどから構成されている。表示側マイコン２３には、ＣＰＵを動作させるためのプログラムが実装されている。例えば、表示側マイコン２３は、デジタルペン１０から送信された信号に基づいて表示パネル２４を制御して、表示パネル２４に表示させる内容を変更する。
図３は、情報パターン３を配置した表示パネル２４の構成を示す概略断面図である。図３に示す表示パネル２４は、アクティブマトリックス方式のＴＦＴカラー液晶表示パネルの一例である。
図３において、表示パネル２４（液晶パネル部）は、対向する２枚の基板４１、４２の間に、液晶部材４３を封入することにより構成されている。各基板４１、４２は、光透過性を有する板材であり、例えばガラス基板を用いることができる。なお、図示していないが、表示パネル２４のうち、背面側（図３において下側）の基板４１上には、液晶の駆動素子である薄膜トランジスタと、第１の透明電極と、信号電極と、走査電極とが形成されている。また、表示パネル２４のうち、表面側（図３において上側）の基板４２の背面側（基板４１と対向する側）には、少なくとも赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色の副画素５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ（サブピクセル）を有する画素５と、画素５及び副画素５Ｒ、５Ｇ、５Ｂを区画するブラックマトリクス４５と、第２の透明電極とが形成されている。ブラックマトリクス４５は、副画素５Ｒ、５Ｇ、５Ｂに対応した開口部を有するとともに、副画素５Ｒ、５Ｇ、５Ｂの境界部を遮光するクロムなどの金属薄膜からなる遮光部材である。画素５とブラックマトリクス４５は、カラーフィルタ４４に形成されている。そして、２枚の基板４１、４２に形成した透明電極の間には、封入された液晶部材４３が配置される。さらに、それぞれの基板４１、４２の外側の面には、偏光板４６が配置されている。各偏光板４６は、各基板４１、４２に貼り付けられている。
なお、カラーフィルタ４４は、ＲＧＢのカラーフィルタに限定されない。カラーフィルタ４４に、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、又はイエロー（Ｙ）などの色の副画素を形成してもよいし、白（Ｗ）の副画素を形成してもよい。
この表示パネル２４の背面側の部位（具体的に、図３において下側の基板４１に貼り付けられた偏光板４６の下側）には、バックライト装置５１が配置されている。バックライト装置５１は、面光源部材４７と、拡散反射シート４８とを有する。また、表示パネル２４の表面側の部位（具体的に、図３において上側の基板４２に貼り付けられた偏光板４６の上側）には、オンセル型で静電容量方式のタッチパネル４９が配置されている。なお、タッチパネル４９については、インセル型のタッチパネルであってもよく、また抵抗感圧方式などの他の方式のタッチパネルでもよい。また、表示パネル２４から、タッチパネル４９自体を省いた構成としてもよい。
表示パネル２４は、色が互いに異なる複数の副画素５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ（サブピクセル）からなる画素５が、マトリクス状に複数個配置された構成である。表示パネル２４は、それぞれの画素５を構成する副画素５Ｒ、５Ｇ、５Ｂの薄膜トランジスタそれぞれのオン／オフが制御され、液晶部材４３の偏光性が選択的に制御されることで、文字や画像をカラー表示することができる。
また、表示パネル２４のタッチパネル４９上には、デジタルペン１０により位置情報の検出を行うための複数の情報パターン３（位置情報パターン）が配置されている。各情報パターン３は、複数のマーク３１（ドット）を有する。この情報パターン３は、図３に示すように、樹脂製で透光性のベースフィルム３２上に、円形状又は方形状などの複数のマーク３１を所定の配列パターンで形成し、複数のマーク３１を覆うようにベースフィルム３２上に透光性の樹脂層３３を形成することにより構成されている。樹脂層３３は、屈折率を調整するための層である。ベースフィルム３２及び樹脂層３３の積層体は、情報パターン３が形成された情報パターン層に相当する光学フィルム４０となる。さらに、樹脂層３３上には、透光性の粘着材からなる粘着層３４が設けられている。光学フィルム４０は、ベースフィルム３２が表側になるように、粘着層３４により樹脂層３３側がタッチパネル４９上に貼り付けられている。
情報パターン３のマーク３１は、可視光を透過し、且つ、赤外線を吸収する材料により形成している。そのため、表示パネル２４で表示される可視光領域のカラー表示画像に対する影響を少なくすることができる。
図３に示すように、デジタルペン１０から放射された赤外光１１３は、デジタルペン１０の先端が指す表示パネル２４の表示面に照射される。表示面に照射された赤外光１１３は、表示パネル２４を透過して拡散反射シート４８に到達し、拡散反射シート４８で拡散反射する。そのため、赤外光１１３の一部がデジタルペン１０側へ反射する。デジタルペン１０側へ反射した赤外光１２４は、情報パターン３の形成領域を通過する。このとき、情報パターン３において、マーク３１が配置された領域では赤外光１２４が吸収され、マーク３１が配置されていない領域では、赤外光１２４が透過する。これにより、デジタルペン１０に入射してくる赤外光１２４を読取部１５で受光して情報パターン３を読み取ることにより、情報パターン３に形成されたマーク３１よって表される位置情報（座標情報）を検出することができる。
［３．デジタルペンの構成］
次に、デジタルペン１０の詳細な構成について説明する。図４は、デジタルペン１０の概略構成を示す断面図である。
デジタルペン１０は、円筒状の本体ケース１１と、本体ケース１１の先端に取り付けられたペン先部１２と、ペン先部１２に作用する圧力を検出する圧力センサ１３と、赤外光を出射する照射部１４と、入射してきた赤外光を光学的に読み取る読取部１５と、デジタルペン１０を制御する制御部１６と、外部へ信号を出力する送信部１７と、デジタルペン１０の各部材に電力を供給する電源１９とを有している。また、デジタルペン１０は、読取部１５へ入射する光の光量を制限するための絞り１８ａおよび絞り１８ｂを有している。絞り１８ａおよび絞り１８ｂの詳細については後述する。
本体ケース１１は、一般的なペンと同様の外形形状であり、円筒状に形成されている。ペン先部１２は、先細形状に形成されている。ペン先部１２の先端は、表示パネル２４の表面を傷つけない程度の丸みを帯びている。また、ペン先部１２の形状は、ユーザが表示パネル２４に表示される画像を認識しやすい形状であることが好ましい。
圧力センサ１３は、本体ケース１１に内蔵され、ペン先部１２の基端部に連結されている。圧力センサ１３は、ペン先部１２に加わる圧力を検出し、その検出結果を制御部１６へ送信する。具体的には、圧力センサ１３は、ユーザがデジタルペン１０を用いて表示パネル２４上に文字などを記入する際に、表示パネル２４からペン先部１２に加わる圧力を検出する。つまり、圧力センサ１３は、デジタルペン１０を用いたユーザの入力意思の有無を判定する際に用いられる。
照射部１４は、本体ケース１１の先端部において、例えばペン先部１２の近傍に設けられている。照射部１４は、例えば、赤外線ＬＥＤで構成されている。照射部１４は、本体ケース１１の先端から赤外光を照射するように設けられている。
読取部１５は、対物レンズ１５ａと、撮像素子１５ｂとを有している。対物レンズ１５ａは、ペン先側から入射してくる光を撮像素子１５ｂに結像させる。対物レンズ１５ａは、本体ケース１１の先端側に設けられている。ここで、デジタルペン１０の先端を表示装置２０の表示面に向けた状態で照射部１４から赤外光を照射すると、赤外光は表示パネル２４を透過して、表示パネル２４の裏側に位置する拡散反射シート４８で拡散反射する。その結果、デジタルペン１０の角度に拘わらず、表示パネル２４を透過した赤外光の一部が、デジタルペン１０側へ戻ってくる。対物レンズ１５ａには、照射部１４から出射されて拡散反射シート４８で拡散反射した赤外光が入射する。撮像素子１５ｂは、対物レンズ１５ａの光軸上（すなわち、撮像光学系の光軸上）に設けられている。撮像素子１５ｂは、撮像面に結像した光学像を電気信号に変換して画像信号を生成し、その画像信号を制御部１６へ出力する。撮像素子１５ｂは、例えば、ＣＣＤイメージセンサ又はＣＭＯＳイメージセンサで構成される。詳しくは後述するが、情報パターン３は、赤外光を吸収する材料（赤外光に対する透過率が低い材料）で形成されている。そのため、情報パターン３のマーク３１からは、赤外光がデジタルペン１０へほとんど戻ってこない。他方、マーク３１間の領域からは、マーク３１の領域よりも多くの赤外光が戻ってくる。その結果、情報パターン３のパターン形状が黒く表現された光学像が、撮像素子１５ｂに撮像される。
制御部１６は、図２に示すように、特定部１６ａと、ペン側マイコン１６ｂとを有する。特定部１６ａは、読取部１５からの画像信号に基づいて、表示パネル２４上におけるデジタルペン１０の位置情報を特定する。詳しくは、特定部１６ａは、読取部１５から取得した画像信号から情報パターン３のパターン形状を取得し、パターン形状に基づいて表示パネル２４上におけるペン先部１２の位置情報を特定する。特定部１６ａにより特定されたペン先部１２の位置に関する位置情報は、ペン側マイコン１６ｂを介して送信部１７へ送られる。ペン側マイコン１６ｂは、デジタルペン１０全体を制御する。ペン側マイコン１６ｂは、ＣＰＵ及びメモリなどから構成されており、ＣＰＵを動作させるためのプログラムが実装されている。
送信部１７は、信号を外部に送信する。具体的には、送信部１７は、特定部１６ａにより特定された位置情報を外部へ無線送信する。送信部１７は、表示装置２０の受信部２２と近距離無線通信を行う。送信部１７は、本体ケース１１のうちペン先部１２とは反対側の端部に設けられている。
図５は、照射部１４からの光の中心光線Ｌｃが反射シート表面４８ａに到達する点ｘｃと、対物レンズ１５ａの光軸Ａが反射シート表面４８ａと交わる点ｘａとの位置関係を説明するための概略図である。
光源である照射部１４から出射された光は、表示パネル２４のうち、ベースフィルム３２から面光源部材４７までの部材により構成された積層体モジュールＭ内に、パネル表面３２ａから入射し、反射シート表面４８ａで反射拡散される。パネル表面３２ａは、図３に示すベースフィルム３２の最表面、つまり表示パネル２４の最表面である。反射シート表面４８ａは、図３に示す拡散反射シート４８の表面である。パネル表面３２ａと反射シート表面４８ａ（拡散反射シート４８のシート面）は、互いに平行となっている。なお、図３に示したように、積層体モジュールＭは、複数の部材で構成されているが、図５では、説明を容易にするため、パネル表面３２ａと反射シート表面４８ａのみを示している。
パネル表面３２ａと反射シート表面４８ａとの間には、情報パターン３が形成された情報パターン層として、光学フィルム４０（図５には図示せず）が配置されている。
本実施形態では、照射部１４は、対物レンズ１５ａの光軸Ａから離れて配置されている。つまり、照射部１４は、撮像光学系の光軸Ａ上以外の位置に配置されている。また、照射部１４から出射される光の中心光線Ｌｃの向きは、対物レンズ１５ａの光軸Ａに対して傾いている。図５は、光軸Ａがパネル表面３２ａ及び反射シート表面４８ａに対して垂直になるようにデジタルペン１０のペン先部１２の先端をパネル表面３２ａに接触させた垂直接触状態である。この垂直接触状態において、照射部１４から出射される光の中心光線Ｌｃが積層体モジュールＭによって屈折して反射シート表面４８ａに到達する交点ｘｃが、光軸Ａと反射シート表面４８ａとが交わる交点ｘａよりも、Ｘ軸の正方向側に存在している。つまり、反射シート表面４８ａ上において、交点ｘｃが交点ｘａよりも照射部１４側に位置している。このような構成により、情報パターン３の読み取り精度を向上させることができる。
以下、詳細について説明する。まず、図５で用いた座標系の定義について説明する。
図５において左右方向をＸ軸方向（右が正、左が負）、上下方向をＹ軸方向（上が正、下が負）と定義する。図５では、対物レンズ１５ａの光軸ＡとＹ軸が一致しており、パネル表面３２ａとＸ軸が一致している。光軸Ａとパネル表面３２ａとの交点がＸＹ座標系の原点となる。
照射部１４の発光中心の座標を（Ｘ０，Ｙ０）、照射部１４から出射される光の中心光線をＬｃ、照射部１４の発光中心（Ｘ０，Ｙ０）からＹ軸方向に延ばした線分Ｂと中心光線Ｌｃとのなす角度（すなわち、パネル表面３２ａに対する照射部１４の傾斜角度）をθＬ、半値角をθ１／２、とする。半値角とは、光源上の軸上光度（図５では、照射部１４の中心光線Ｌｃの光度）を１としたときに、光源に対してθ傾いた方向から見える光度の割合が０．５となる角度のことである。ただし、発光中心（Ｘ０，Ｙ０）を中心として時計回りの方向を＋方向の角度とする。
モジュール厚Ｄは、積層体モジュールＭのＹ方向の厚みであり、パネル表面３２ａから反射シート表面４８ａまでの距離である。このとき、積層体モジュールＭの等価屈折率をｎとする。等価屈折率ｎは、積層体モジュールＭを単一部材とみなしたときの屈折率であり、積層体モジュールＭ内では光線は直進すると仮定する。
また、上記垂直接触状態における、デジタルペン１０によるパネル表面３２ａでの撮影範囲をＷとする。図５では、撮影範囲Ｗとして、Ｘ軸方向の範囲が示されている。
照射部１４から出射された光線は、傾斜角度θＬの中心光線Ｌｃを中心として、半値角度±θ１／２の角度範囲に主に照射される。中心光線Ｌｃに対して＋側の半値角度で示す光線（上側光線Ｌｕと呼ぶ）の光線角度はθＬ＋θ１／２であり、中心光線Ｌｃに対して−側の半値角度で示す光線（下側光線Ｌｄと呼ぶ）の光線角度はθＬ−θ１／２、である。
中心光線Ｌｃは、模式的には、図５に示すように、パネル表面３２ａにおいてスネルの法則に従い等価屈折率ｎなどから決まる屈折角度で屈折し、積層体モジュールＭ内を直進し、反射シート表面４８ａで拡散反射される。なお、実際には、積層体モジュールＭ内では、屈折率が一定の領域で光が直進し、屈折率が変化する界面で光が屈折する。
ここで、パネル表面３２ａで屈折するときの光線の入射角度をθｉ、屈折角度をθｒ、とすると、中心光線Ｌｃが反射シート表面４８ａに到達する位置のＸ座標ｘｃは、数式（１）〜（３）で表される。
θｉ＝θＬ、ｓｉｎθｉ＝ｎ×ｓｉｎθｒ・・・（１）
ｘｃ＝Ｘ０−Ｙ０×ｔａｎθＬ−Ｄ×ｔａｎθｒ・・・（２）
ｘｃ＝Ｘ０−Ｙ０×ｔａｎθＬ−Ｄ×ｔａｎ（ｓｉｎ−１（ｓｉｎθＬ／ｎ））・・・（３）
同様にして、上側光線Ｌｕが反射シート表面４８ａに到達する位置のＸ座標ｘｕは、数式（４）〜（６）で表される。
θｉ＝θＬ＋θ１／２、ｓｉｎθｉ＝ｎ×ｓｉｎθｒ・・・（４）
ｘｕ＝Ｘ０−Ｙ０×ｔａｎ（θＬ＋θ１／２）−Ｄ×ｔａｎθｒ・・・（５）
ｘｕ＝Ｘ０−Ｙ０×ｔａｎ（θＬ＋θ１／２）−Ｄ×ｔａｎ（ｓｉｎ−１（（θＬ＋θ１／２）／ｎ））・・・（６）
下側光線Ｌｄが反射シート表面４８ａに到達する位置のＸ座標ｘｄは、数式（７）〜（９）で表される。
θｉ＝θＬ−θ１／２、ｓｉｎθｉ＝ｎ×ｓｉｎθｒ・・・（７）
ｘｄ＝Ｘ０−Ｙ０×ｔａｎ（θＬ−θ１／２）−Ｄ×ｔａｎθｒ・・・（８）
ｘｄ＝Ｘ０−Ｙ０×ｔａｎ（θＬ−θ１／２）−Ｄ×ｔａｎ（ｓｉｎ−１（（θＬ−θ１／２）／ｎ））・・・（９）
したがって、反射シート表面４８ａ上のＸ軸方向における主照明範囲Ｗ’（上側光線Ｌｕが反射シート表面４８ａに到達する点ｘｕから、下側光線Ｌｄが反射シート表面４８ａに到達する点ｘｄまでの範囲）は、数式（１０）で表される。
Ｗ’＝ｘｄ−ｘｕ
＝Ｙ０×（ｔａｎ（θＬ−θ１／２）−ｔａｎ（θＬ＋θ１／２））＋Ｄ×（ｔａｎ（ｓｉｎ−１（（θＬ−θ１／２）／ｎ）−ｓｉｎ−１（（θＬ＋θ１／２）／ｎ））・・・（１０）
一般的には、撮影範囲において照明むらが少ないほど、かつ明るい照明であるほど、情報パターン３の認識率が良く、結果的に座標検出率が向上する。
本実施形態の表示制御システム１００は、中心光線Ｌｃの到達位置を表すＸ座標ｘｃがｘｃ＞０の条件を満たすように構成されている。ここで、反射シート表面４８ａでは、完全拡散は生じず、実際には、反射光に鏡面反射成分が含まれる。そのため、ランバート光源とは異なり、Ｘ軸方向の−側に相対的に強い指向性をもつ。反射シート表面４８ａで反射および拡散された光線は、さらに積層体モジュールＭ内を直線状に進み、パネル表面３２ａで屈折して、積層体モジュールＭから出射する。このとき、パネル表面３２ａでは、Ｘ座標ｘｃよりＸ軸方向の−側で相対的に明るく、Ｘ座標ｘｃよりＸ軸方向の＋側で相対的に暗い照明分布となる。したがって、ｘｃ＞０という条件を満たす構成にすることで、つまり、撮影範囲Ｗの中心よりＸ座標ｘｃがＸ軸方向の＋側となるようにすることで、撮影範囲Ｗにおいて照明むらを抑えることができる。
ここで、ｘｃ≦０の場合について説明する。ｘｃ≦０の場合、パネル表面３２ａでは、Ｘ座標ｘｃよりＸ軸方向の−側で相対的に明るくなる一方で、最も明るい照明分布が撮影範囲Ｗからはずれ、Ｘ座標ｘｃよりＸ軸方向の＋側ではさらに相対的に暗い照明分布となる。したがって、ｘｃ≦０の場合、撮影範囲Ｗにおいて、照明むらが発生しやすくなり、情報パターン３の認識率が悪化し、結果的に座標検出率が低下する。
なお、ｘｃ＞０という条件は、照射部１４が出射する光の中心波長に対して満足している。例えば、照射部１４は、中心波長が８５０ｎｍ以上の赤外光を出射する。また、ｘｃ＞０という条件は、例えば、反射シート表面４８ａに対して対物レンズ１５ａの光軸が４５度傾き、且つ、デジタルペン１０のペン先部１２の先端が表示パネル２４の表面に接触する状態でも成立する。
さらに、反射シート表面４８ａにおける上記主照明範囲をＷ’は、Ｗ＜Ｗ’（すなわち、撮影範囲Ｗよりも、反射シート表面４８ａにおける主照明範囲Ｗ’が広い）という条件を満たすことが望ましい。このような構成により、反射シート表面４８ａで拡散反射された光の分布の幅が広くなる。その結果、撮影範囲Ｗにおいて、さらに照明むらが少なくなるため、情報パターン３の認識率が良く、結果的に座標検出率がさらに向上する。
逆にＷ＞Ｗ’であると、反射シート表面４８ａで拡散反射される光の分布の幅が小さくなる。その結果、撮影範囲Ｗにおいて、照明むらが発生しやすくなり、情報パターン３の認識率が悪化し、結果的に座標検出率が低下する。
図６は、パネル表面３２ａで発生する反射成分と絞り１８ｂとの位置関係を示す概略図である。
図６に示すように、本実施形態では、光量制限のための絞り１８ａがレンズ鏡筒９内に設けられている。そして、絞り１８ａとは別に、画角制御用の絞り（開口部材：アパーチャ）１８ｂが設けられている。なお、図６では、光線の説明を容易にするため、絞り１８ｂを点線で図示している。また、絞り１８ｂは、図６の寸法線Ｌで示した範囲のいずれかの位置において、設置可能である。絞り１８ｂの開口の大きさは、絞り１８ｂを配置する位置に応じて適宜変更すればよい。ここで、パネル表面３２ａにおいて照射部１４から出射された光の反射成分が発生するが、通常では、撮影範囲Ｗより十分に外の位置で発生した反射成分は、レンズ鏡筒９へ向かわないため問題ない。しかし、本実施形態においては、撮影範囲Ｗの外周の外側近傍で中心光線Ｌｃが反射するような条件下でも使用される可能性がある。この反射成分は、図６に示すように、絞り１８ｂがなければ、パネル表面３２ａからレンズ鏡筒９へ向かい、レンズ鏡筒９内で反射や拡散する。これにより、ゴーストやフレアが発生し、情報パターン３を読み取る際にエラー要因となる。その結果、デジタルペン１０における座標検出率が大幅に悪化する。
本実施形態においては、画角制御用の開口部材１８ｂ（アパーチャ）を設けている。照射部１４の光の中心光線Ｌｃがレンズ鏡筒９に入射しないように、開口部材１８ｂの開口部に対して、照射部１４の位置及び傾きが設定されているということもできる。そのため、画角外の光線がレンズ鏡筒９内で反射や拡散することに起因するゴーストやフレアの発生を抑制することができる。さらに、この開口部材１８ｂによって、ペン先部１２で反射した照射部１４からの反射光も同時に抑える効果をもたせることができる。
図７に、本実施形態の変形例を示す。図７のデジタルペン１０は、Ｒ側照射部１４Ｒ及びＬ側照射部１４Ｌの２つの光源が配置されている点で、図５に示した構成と異なっている。
図７に示すように、パネル表面３２ａにおいてペン先部１２の先端の中心の位置と撮影範囲Ｗの中心の位置が互いに異なっていてもよい。言い換えると、ペン先部１２の先端の中心の位置が対物レンズ１５ａの光軸からずれていてもよい。また、Ｒ側照射部１４ＲとＬ側照射部１４Ｌは、対物レンズ１５ａの光軸に対して非対称に配置されていても良い。さらに、傾斜角度θＬが、Ｒ側照射部１４ＲとＬ側照射部１４Ｌとで互いに異なっていてもよい。
画角制御用の絞り１８ｂの開口部は、Ｒ側照射部１４ＲやＬ側照射部１４ＬよりもＹ軸方向の＋側の位置、かつレンズ鏡筒９よりもＹ軸方向の−側の位置に配置されている。
Ｒ側照射部１４Ｒの光線がパネル表面３２ａで反射を起こし、過度の明るさで撮影画像が飽和してしまい結果的に座標検出ができない場合がある。このような場合、使用する照射部１４をＲ側照射部１４ＲからＬ側照射部１４Ｌへ切り替えて、Ｌ側照射部１４Ｌによって照明する。このとき、Ｌ側照射部１４Ｌの反射条件角度は、Ｒ側照射部１４Ｒの反射条件角度と異なるために、Ｒ側照射部１４Ｒで照明する場合と、Ｌ側照射部１４Ｌで照明する場合の両方で撮影画像が飽和せず、任意のペン角度において座標検出ができる。
なお、本実施例は、照射部１４が２個配置された場合を示しているが、少なくとも１個の照射部１４が前述した条件（ｘｃ＞０）を満たしているのが望ましい。
［４．情報パターンの詳細］
図８は、マーク３１の配置パターンを示す図である。図８には、マーク３１の位置を説明するために、仮想の線（実際には存在しない線）として、第１基準線５４と第２基準線５５とを記載している。第１基準線５４と第２基準線５５は互いに直交している。図８では、例えば等間隔に配列された複数の第１基準線５４と、例えば等間隔に配列された複数の第２基準線５５により格子が形成されている。
各マーク３１は、第１基準線５４と第２基準線５５の交点から、第１基準線５４の延伸方向、又は、第２基準線５５の延伸方向に沿う四方向の何れかに、シフト（オフセット）した位置に配置される。具体的には、マーク３１は、図９（ａ）〜（ｄ）の何れかの配置をとる。図９（ａ）の配置では、マーク３１は、第１基準線５４と第２基準線５５との交点の上側の位置に配置される。この配置を数値化する際には「１」で表す。図９（ｂ）の配置では、マーク３１は、第１基準線５４と第２基準線５５との交点の右側の位置に配置される。この配置を数値化する際には「２」で表す。図９（ｃ）の配置では、マーク３１は、第１基準線５４と第２基準線５５との交点の下側の位置に配置される。この配置を数値化する際には「３」で表す。図９（ｄ）の配置では、マーク３１は、第１基準線５４と第２基準線５５との交点の左側の位置に配置される。この配置を数値化する際には「４」で表す。各マーク３１は、その配置パターンに応じて、デジタルペン１０において「１」から「４」の数値で表される。
そして、図８（ｂ）に示すように、６マーク×６マークを１つの単位エリア５０として、単位エリア５０に含まれる３６個のマーク３１で１つの情報パターン３を形成する。単位エリア５０に含まれる３６個のマーク３１のそれぞれを、図９に示す「１」〜「４」の何れかの配置とすることによって、互いに異なる情報を持つ、膨大な数の情報パターン３を形成することができる。光学フィルム４０では、全ての情報パターン３が、互いに異なるパターンとなっている。
これらの情報パターン３の１つ１つには、情報を付加されている。詳しくは、各情報パターン３は、単位エリア５０ごとの位置座標を表している。つまり、光学フィルム４０を、６マーク×６マークの単位エリア５０で分割すると、各単位エリア５０の情報パターン３はその単位エリア５０の位置座標を表している。図８（ｂ）では、エリア５０ａの情報パターン３は、エリア５０ａの中心位置の位置座標を表し、エリア５０ｂの情報パターン３は、エリア５０ｂの中心位置の位置座標を表す。図８（ｂ）においてペン先が右下へ斜めに移動すると、デジタルペン１０が読み取るエリア５０は、エリア５０ａからエリア５０ｂへ変化する。このような情報パターン３のパターンニング（コーディング）や座標変換（デコーディング）の方法は、例えば、特開２００６−１４１０６１号公報に開示されているような公知の方法を用いることができる。
［５．マークの材料］
マーク３１は、可視光（波長４００〜７００ｎｍの光）を透過し、且つ、赤外光（波長７００ｎｍ以上の光）を吸収する材料で形成されている。マーク３１は、例えば波長８００ｎｍ以上の赤外光を吸収する材料で形成されている。具体的には、マーク３１は、可視光に対して９０％以上の透過率を有し、且つ、赤外光に対しては５０％以下（例えば、２０％以下）の透過率を有する材料で形成されている。例えば、マーク３１は、赤外光に対しては透過率が１０％の材料で形成してもよい。
このような材料として、例えば、ジイモニウム系、フタロシアニン系、シアニン系等の化合物が挙げられる。これらの材料は、単独で用いてもよく、混合して用いてもよい。ジイモニウム系の化合物として、ジイモニウム塩系化合物を含むことが好ましい。ジイモニウム塩系化合物は、近赤外線領域の吸収量が大きく、吸収域も広く、可視光領域の透過率が高い特性を有する。ジイモニウム塩系化合物は、市販品を用いることができ、例えば、日本化薬株式会社製のＫＡＹＡＳＯＲＢシリーズ（Ｋａｙａｓｏｒｂ ＩＲＧ−０２２，ＩＲＧ−０２３，ＩＲＧ−０２４等）や日本カーリット株式会社製のＣＩＲ−１０８０，ＣＩＲ−１０８１，ＣＩＲ−１０８３，ＣＩＲ−１０８５等が好適である。シアニン系化合物は、市販品を用いることができ、例えば、株式会社ＡＤＥＫＡ製のＴＺシリーズ（ＴＺ−１０３，ＴＺ−１０４，ＴＺ−１０５等）や日本化薬株式会社製のＣＹ−９，ＣＹ−１０等が好適である。
［６．動作］
続いて、このように構成された表示制御システム１００の動作について説明する。図１０は、表示制御システム１００の処理の流れを示すフローチャートである。以下では、ユーザが、デジタルペン１０を用いて表示装置２０に文字をペン入力（記入）する場合について説明する。
まず、表示制御システム１００の電源がオンされると、ステップＳ１１において、デジタルペン１０のペン側マイコン１６ｂは、ペン先部１２に作用する圧力の監視を開始する。この圧力の検出は、圧力センサ１３が行う。圧力センサ１３によって圧力が検出されると（Ｙｅｓ）、ペン側マイコン１６ｂは、ユーザが表示装置２０の表示パネル２４に対して文字をペン入力していると判定し、ステップＳ１２へ進む。圧力センサ１３によって圧力が検出されていない間（Ｎｏが続く間）は、ペン側マイコン１６ｂは、ステップＳ１１を繰り返す。尚、デジタルペン１０の電源がオンされると、照射部１４は赤外光の照射を開始する。圧力センサ１３により圧力が検出されると、照射部１４から赤外光が出射されるようにしてもよい。
ステップＳ１２では、デジタルペン１０の読取部１５が、表示パネル２４に形成された情報パターン３を検出する。ここで、照射部１４から照射された赤外光は、上述の拡散反射シート４８で拡散反射し、一部の赤外光がデジタルペン１０側へ戻ってくる。そして、デジタルペン１０側へ戻る赤外光は、情報パターン３のマーク３１をほとんど透過しない。対物レンズ１５ａには主にマーク３１間の領域を透過した赤外光が到達する。そして、赤外光は、対物レンズ１５ａを介して撮像素子１５ｂに受光される。対物レンズ１５ａは、表示パネル２４上においてペン先部１２が指示している位置からの反射光を受光するように配置されている。その結果、表示パネル２４の表示面上におけるペン先部１２の指示位置の情報パターン３が撮像素子１５ｂにより撮像される。このようにして、読取部１５は、情報パターン３を光学的に読み取る。読取部１５が取得した画像信号は、特定部１６ａに送信される。
ステップＳ１３では、特定部１６ａが、画像信号から情報パターン３のパターン形状を取得し、そのパターン形状に基づいて、表示パネル２４の表示面上におけるペン先部１２の位置を特定する。詳しくは、特定部１６ａは、得られた画像信号に所定の画像処理を施すことにより、情報パターン３のパターン形状を取得する。続いて、特定部１６ａは、取得したパターン形状におけるマーク３１の配列から、どの単位エリア５０（６マーク×６マークの単位エリア）であるかを割り出すと共に、単位エリア５０の情報パターン３からその単位エリア５０の位置座標（位置情報）を特定する。特定部１６ａは、情報パターン３のコーディング方法に対応した所定の演算により、情報パターン３を位置座標に変換する。特定された位置情報は、ペン側マイコン１６ｂに送信される。
続いて、ステップＳ１４では、ペン側マイコン１６ｂは、送信部１７を介して位置情報を表示装置２０へ送信する。
デジタルペン１０から送信された位置情報は、表示装置２０の受信部２２により受信される。受信された位置情報は、受信部２２から表示側マイコン２３に送信される。ステップＳ１５において、表示側マイコン２３は、位置情報を受信すると、表示パネル２４の表示面において位置情報に対応する位置の表示内容を変更するように表示パネル２４を制御する。この例では、文字の入力なので、表示パネル２４の表示面において位置情報に対応する位置に点を表示する。
続いて、ステップＳ１６において、ペン側マイコン１６ｂは、ユーザによるペン入力が継続しているか否かを判定する。圧力センサ１３が圧力を検出している場合には、ペン側マイコン１６ｂは、ユーザによるペン入力が継続していると判定して、ステップＳ１２へ戻る。そして、ステップＳ１２からステップＳ１６のフローを繰り返すことによって、デジタルペン１０のペン先部１２の移動に追従して、表示パネル２４の表示面上におけるペン先部１２の位置に、点が連続的に表示される。最終的には、デジタルペン１０のペン先部１２の軌跡に応じた文字が表示装置２０の表示パネル２４に表示される。
一方、ステップＳ１６において、圧力センサ１３が圧力を検出しない場合には、ペン側マイコン１６ｂは、ユーザによるペン入力が継続していないと判定して、処理を終了する。
こうして、表示装置２０が表示パネル２４の表示面上におけるデジタルペン１０の先端の軌跡を表示パネル２４に表示する。これによって、デジタルペン１０を用いた表示パネル２４への手書き入力を行うことができる。
尚、以上の説明では、文字を記入する場合について説明したが、表示制御システム１００の使い方は、これに限られるものでない。文字（数字など）に限らず、記号及び図形等を記入できることはもちろんのことであるが、デジタルペン１０を消しゴムのように用いて、表示パネル２４に表示された文字、及び図形等を消すこともできる。つまり、表示装置２０は、デジタルペン１０の先端の移動に追従して、表示パネル２４上におけるデジタルペン１０の先端の位置の表示を連続的に消去することによって、表示パネル２４上におけるデジタルペン１０の先端の軌跡と一致する部分の表示を消去することができる。さらには、デジタルペン１０をマウスのように用いて、表示パネル２４に表示されるカーソルを移動させたり、表示パネル２４に表示されるアイコンを選択したりすることもできる。すなわち、デジタルペン１０を用いて、グラフィッカルユーザインターフェイス（ＧＵＩ）を操作することもできる。このように、表示制御システム１００においては、デジタルペン１０が指示する表示パネル２４上の位置に応じて、表示装置２０への入力が行われ、表示装置２０がその入力に応じて様々な表示制御を行う。
［７．実施形態の効果］
上述したとおり、本実施形態の表示制御システム１００は、表示装置２０と、表示装置２０に形成された情報パターン３を読み取るデジタルペン１０とを備える。デジタルペン１０は、表示装置２０に対して光を出射する少なくとも１つ以上の照射部１４と、表示装置２０から反射した光を撮像する読取部１５とを備える。表示装置２０は、マーク３１が形成された光学フィルム４０と、光学フィルム４０の背面側に配置されて照射部１４からの光を拡散反射する拡散反射シート４８とを備える。照射部１４は、読取部１５の光軸Ａと離れて配置されている。光軸Ａから照射部１４に向かう方向を第１方向（Ｘ軸正方向）とした場合、照射部１４から出射される光の中心光線Ｌｃと拡散反射シート４８とが交わる点が、光軸Ａと拡散反射シート４８とが交わる点よりも第１方向（Ｘ軸正方向）側に存在する。すなわち、拡散反射シート４８のシート面に対して読取部１５の光軸Ａが垂直となり、且つ、デジタルペン１０のペン先部１２の先端が表示パネル２４に接触する垂直接触状態において、照射部１４から出射される光の中心光線Ｌｃが拡散反射シート４８に到達する点が、読取部１５の光軸Ａと拡散反射シート４８とが交わる点よりも、照射部１４側に位置する。
このような構成により、撮影範囲Ｗにおいて照明むらを抑えることができる。その結果、情報パターン３の読み取り精度を向上させることができる。
また、垂直接触状態において、照射部１４からの光のうち、最大光度の半分以上の光度を有する光線により照明される拡散反射シート４８上の主照明範囲Ｗ’は、読取部１５による表示パネル２４の表面３２ａ上の撮像範囲Ｗよりも広い。例えば、表示パネル２４を正面から見た場合に、撮像範囲Ｗ全体が主照明範囲Ｗ’内に位置している。このような構成により、撮影範囲Ｗにおいて、さらに照明むらが少なくなるため、情報パターン３の認識率が良く、結果的に座標検出率がさらに向上する。
（その他の実施形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施形態１を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施形態にも適用可能である。また、上記実施形態１で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施形態とすることも可能である。そこで、以下、他の実施形態を例示する。
上記実施形態１では、表示装置として液晶ディスプレイを例に挙げて説明したが、これには限られるものではない。表示装置２０は、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、又は無機ＥＬディスプレイなどの、文字や映像を表示可能な装置であればよい。また、表示装置２０は、電子ペーパーのように表示面が自由に変形する装置であってもよい。
また、表示装置２０は、ノートＰＣ又は携帯型タブレットのディスプレイであってもよい。さらには、表示装置２０は、テレビ又は電子黒板等であってもよい。
上記実施形態１では、情報パターン３が形成された光学フィルム４０をカラーフィルタ４４上に配置する構成としたが、これには限られるものではない。カラーフィルタ４４に直接マーク３１を形成する構成であってもよい。
デジタルペン１０又は表示装置２０は、デジタルペン１０からの位置情報の入力を受けて行う処理を切り替える切替部を有していてもよい。具体的には、デジタルペン１０にスイッチを設け、文字等の入力、文字等の消去、カーソルの移動、及びアイコンの選択等をそのスイッチにより切り替え可能に構成してもよい。あるいは、表示装置２０に、文字等の入力、文字等の消去、カーソルの移動、及びアイコンの選択等を切り替えるためのアイコンを表示させ、デジタルペン１０を用いてそれらのアイコンを選択可能に構成してもよい。さらに、デジタルペン１０や表示装置２０に、マウスの右クリックや左クリックに相当するスイッチを設けてもよい。これにより、ＧＵＩの操作性をさらに向上させることができる。
また、上記実施形態１のデジタルペン１０及び表示装置２０の構成は、一例であって、これらに限られるものではない。
また、上記実施形態１では、デジタルペン１０と表示装置２０との間の信号の送受信は、無線通信により行われているが、これに限られるものではない。デジタルペン１０と表示装置２０とが有線で接続されており、その有線を介して信号の送受信を行ってもよい。
また、上記実施形態１では、デジタルペン１０で位置情報の特定を行って、その位置情報を表示装置２０へ送信しているが、これに限られるものではない。図１１は、その他の実施形態に係る表示制御システム２００のブロック図である。図１１に示すデジタルペン２１０は、圧力センサ１３と、照射部１４と、読取部１５と、制御部２１６と、送信部１７とを有している。圧力センサ１３、照射部１４、読取部１５及び送信部１７の構成は、上記実施形態１と同様である。制御部２１６は、ペン側マイコン１６ｂを有し、実施形態１の特定部１６ａを有していない。つまり、制御部２１６は、撮像素子１５ｂから入力された画像信号を、その画像信号からデジタルペン２１０の位置情報を特定することなく、送信部１７へ出力する。こうして、デジタルペン２１０からは、撮像素子１５ｂで撮像した画像信号が送信される。図１１に示す表示装置２２０は、外部からの信号を受信する受信部２２と、表示装置２２０全体を制御する表示側マイコン２３と、画像を表示する表示パネル２４と、デジタルペン１０の位置を特定する特定部２４０とを有している。受信部２２、表示側マイコン２３及び表示パネル２４の構成は、上記実施形態１と同様である。表示パネル２４には、複数の情報パターン３が形成されている。受信部２２は、デジタルペン２１０から送信された画像信号を受信して、その画像信号を特定部２４０に送信する。特定部２４０は、上記実施形態１におけるデジタルペン１０の特定部１６ａと同様の機能を有する。この構成によれば、図１２に示すように、デジタルペン２１０が情報パターン３の画像を撮像素子１５ｂで取得し（ステップＳ２２）し、その画像信号がデジタルペン２１０から表示装置２２０へ送信される（ステップＳ２３）。そして、表示装置２２０の特定部２４０が、デジタルペン２１０から受信した画像信号からデジタルペン２１０の位置を特定する（ステップＳ２４）。それ以外の処理は、上記実施形態１と同様である。
尚、表示制御システム２００のデジタルペン２１０において、情報パターン３の画像を取得後、画像処理まで行ってデータ量を低減した後に、画像処理後の信号を表示装置２２０へ送信してもよい。つまり、デジタルペン１０，２１０が指示する表示パネル２４上の位置に関する情報を表す情報パターン３を、デジタルペン１０，２１０が撮像する限りにおいては、位置に関する情報が、どのような状態で、デジタルペン１０，２１０から表示装置２０，２２０へ送信されてもよい。表示装置２０，２２０は、受け取った位置に関する情報に応じて様々な表示制御を行う。
また、表示パネル２４上におけるデジタルペンの位置を特定する特定部は、デジタルペン１０および表示装置２０とは別個の制御装置として、設けてもかまわない。例えば、ディスプレイ装置（表示装置の例）とＰＣ本体（制御装置の例）とを備えたデスクトップＰＣにデジタルペンを加えた表示制御システムにおいては、ディスプレイ装置の表示パネルに情報パターン３が形成されている。デジタルペンは、情報パターン３を光学的に読み取ってＰＣ本体へ送信する。そして、ＰＣ本体が情報パターン３からデジタルペンの位置を特定し、その特定した位置に応じた処理をディスプレイ装置に命令するようにしてもよい。
また、上記実施形態１では、圧力センサ１３を、圧力が作用しているか否かを判定することだけに用いているが、これに限られるものではない。例えば、圧力センサ１３の検出結果に基づいて圧力の大きさを検出するように構成してもよい。これにより、圧力の連続的な変化を読み取ることができる。その結果、圧力の大きさに基づいて、ペン入力により表示される線の太さや濃さを変化させることができる。
尚、上記実施形態１では、圧力センサ１３を用いて、デジタルペン１０による入力の有無を検出しているが、これに限られるものではない。デジタルペン１０にペン入力のオン／オフを切り替えるスイッチを設け、そのスイッチがオンされたときにペン入力が有ると判定するように構成してもよい。この場合、デジタルペン１０が表示パネル２４の表面に接触していなくても、ペン入力を行うことができる。または、表示装置２０が表示パネル２４の表面を所定の振動数で振動させてもよい。この場合、表示装置２０が、デジタルペン１０が表示パネル２４の表面に接触することによる振動数の変化を検出することによって、ペン入力の有無を検出するように構成してもよい。
上記実施形態１では、副画素は、長方形状であるが、これに限られるものではない。副画素は、三角形や平行四辺形などの形状でもよく、これらを組み合わせた形状であってもよい。副画素の形状は、表示装置が文字や映像を出力できるものであればよい。また、ブラックマトリクスも、副画素の形状に合わせて適宜変更し得る。
また、上記実施形態１では、マーク３１は、第１基準線５４又は第２基準線５５上に配置されている。しかし、図１３に示すように、マーク３１は、第１基準線５４と第２基準線５５との交点から、第１基準線５４及び第２基準線５５に対して斜めの方向にシフトした位置に配置されてもよい。
尚、マーク３１の配置パターンは、これに限られるものではない。情報パターン３のコーディングは、任意の手法を採用することができるので、採用するコーディング手法に応じてマーク３１の配置パターンを変更すればよい。
また、マーク３１を配置するための第１基準線５４及び第２基準線５５は、実施形態１に限られるものではない。例えば、第１基準線５４はブラックマトリクス４５上に規定してもよいし、副画素上に規定してもよい。さらには、第１基準線５４を何色の副画素上に規定するかは任意に選択することができる。第２基準線５５についても同様である。
上記実施形態１では、６マーク×６マークの単位エリア５０で情報パターン３を形成しているが、これに限られるものではない。単位エリアを構成するマーク３１の個数は、デジタルペン１０や表示装置２０の設計に応じて適宜設定することができる。また、情報パターン３の構成は、所定エリアに含まれるマーク３１それぞれの配置の組合せに限られるものではない。情報パターン３が特定の位置情報を表すことができる限り、コーディングの手法は上記実施形態１に限られるものではない。
上記実施形態１では、情報パターン３が矩形状のマーク３１で構成されているが、これに限られるものではない。矩形状のマーク３１の代わりに、三角形等の図形又はアルファベット等の文字で表されるマークによって、情報パターン３が構成されていてもよい。例えば、マーク３１は、副画素の全面に亘って形成されていてもよい。
特定部１６ａは、演算により、情報パターン３を位置座標に変換しているが、これに限られるものではない。例えば、特定部１６ａは、全ての情報パターン３と、そのそれぞれに対応付けられた位置座標を予め記憶しておき、取得された情報パターン３を、記憶しておいた情報パターン３と位置座標との関係に照らし合わせて、位置座標を特定するようにしてもよい。
以上のように、本開示における技術の例示として、実施形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。
したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須ではない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されているからといって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定を受けるべきではない。
また、上述の実施形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等な範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
以上説明したように、本開示は、読取装置によって表示パネルに形成された情報パターンを光学的に読み取る表示制御システムなどについて有用である。
１０ デジタルペン
１１ 本体ケース
１２ ペン先部
１３ 圧力センサ
１４ 照射部
１５ 読取部
１６ 制御部
１７ 送信部
１９ 電源
２０ 表示装置
１００ 表示制御システム

Claims (3)

  1. 画像を表示する表示パネルと、前記表示パネルに形成された情報パターンを光学的に読み取る読取装置とを備える表示制御システムであって、
    前記読取装置は、
    前記表示パネルに対して光を出射する少なくとも１つ以上の光源と、
    前記光源から出射されて前記表示パネルで反射した光を撮像する撮像光学系と、を備え、
    前記表示パネルは、
    前記情報パターンが形成された情報パターン層と、
    前記情報パターン層の背面側に配置され、前記光源からの光を拡散反射する反射層と、を備え、
    前記光源は、前記撮像光学系の光軸上以外の位置に配置されており、
    前記反射層に対して前記撮像光学系の光軸が垂直となり、且つ、前記読取装置が前記表示パネルに接触する垂直接触状態において、前記光源から出射される光の中心光線が前記反射層に到達する点が、前記撮像光学系の光軸と前記反射層とが交わる点よりも、前記光源側に位置する、表示制御システム。
  2. 前記垂直接触状態において、前記光源からの光のうち、最大光度の半分以上の光度を有する光線により照明される前記反射層上の主照明範囲は、前記撮像光学系による前記表示パネルの表面上の撮像範囲よりも広い、請求項１に記載の表示制御システム。
  3. 情報パターンが形成された情報パターン層と、前記情報パターン層の背面側に配置されて光を拡散反射する反射層と有する表示パネルの前記情報パターンを光学的に読み取る読取装置であって、
    前記読取装置は、
    前記表示パネルに対して光を出射する少なくとも１つ以上の光源と、
    前記光源から出射されて前記表示パネルで反射した光を撮像する撮像光学系と、を備え、
    前記光源は、前記撮像光学系の光軸上以外の位置に配置されており、
    前記反射層に対して前記撮像光学系の光軸が垂直となり、且つ、当該読取装置が前記表示パネルに接触する状態において、前記光源から出射される光の中心光線が前記反射層に到達する点が、前記撮像光学系の光軸と前記反射層とが交わる点よりも、前記光源側に位置するように構成されている、読取装置。
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