专利名称：具有光学输入功能的显示设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种显示设备，其可以通过使用从光源照射到显示屏上的光来输入位置信息。
背景技术：
近年来，液晶显示设备广泛地使用为例如手机、笔记本个人电脑等各种装置的显示设备。液晶显示设备包括一阵列基板，其中，像素排列在多条扫描线和多条数据线的各个的交叉点；以及，一驱动电路，用于驱动该扫描线和信号线。每一像素包括一薄膜晶体管(TFT)、一液晶电容器(liquid crystalcapacitor)以及一辅助电容器。随着近年来集成电路技术以及处理技术的实际使用的发展，使得现在可以在该阵列基板上形成部分驱动电路。这样，促成了液晶显示设备整体重量和尺寸的减少。
同时，也揭示了一种显示设备，其包括一位于一阵列基板上的光学传感元件，并具有通过使用光来捕捉图像的光学输入功能。在这个显示设备中，各个像素包括例如作为光学传感元件的光电二极管。每个光电二极管连接一电容器。由于该电容器的电荷量(charge quantity)是基于由光电二极管接收的光的量而变化，因此可以通过检测该电容器两端的电压来生成图像数据。这个显示设备提供图像处理，其可以产生与入射光的照射强度相应的多色调图像数据。
同时，还揭示了，当通过在用于显示一个图像的多个显示帧中插入一个图像捕捉帧而显示该图像时的一种数据输入方法。通过使用这个方法，可以通过以手指接触或者以笔形光源将光照射到该显示屏上，而将显示设备使用作同等的输入设备。
顺便提及，当使用笔形光源的时候，必须将该光源的笔尖压在显示屏上。然而，在该常规的显示设备中，很难检测到笔尖对显示屏的压力的程度。
并且，该光学传感元件除了对来自该光源的光之外，还对外部环境光起反应。因而，在同等输入处理中可能依据环境而发生故障。
另外，当笔形光源闪烁时，将增加功耗。因而，增加电池的成本。
发明内容
本发明的一个目的为，检测光源在显示屏上的压力。
本发明的另一个目的为，防止由外界环境光引起的故障。
本发明的又一目的为，减少光源的功耗。
本发明的一种光学输入显示设备包括光源设备和显示设备。该光源设备包括光源单元，配置来在其尖端压在显示设备的显示屏上时，照射光；以及，光传送单元，配置来传送来自光源单元的光，以响应于压力的程度改变显示屏上的光接收强度和光接收区域中的任何一个。该显示设备包括显示单元，其包括，配置来显示经由信号线所提供的图像信号的像素单元、以及配置来检测从光源设备照射到显示屏上的光的光电检测器单元，该像素单元和光电检测器单元提供在多条扫描线和多条信号线的交叉点上；光接收与检测单元，配置来基于来自光电检测器单元的光检测信号，检测来自光传送单元的光在显示屏上的光接收强度和光接收区域中的任何一个；以及，距离计算单元，配置来基于所检测到的光接收强度和所检测到的光接收区域中的任何一个，计算光传送单元和显示屏之间的距离。
根据本发明，当光源设备的尖端压显示屏时，光源设备响应于压力的程度而改变光接收区域的面积。同时，显示设备的距离计算单元基于这个光接收区域，计算光源设备的光传送单元与显示屏之间的距离。在其他的情况下，光源设备响应于对显示屏的压力的程度而改变显示屏上的光接收强度。同时，距离计算单元基于这个光接收强度，计算光传送单元和显示屏之间的距离。通过使用这个距离，可以检测光源设备对显示屏的压力的程度。
此外，根据本发明，当光源单元的尖端没有压显示屏时，光源单元不输出光。因此，可以防止归因于外部环境光的故障，并可以通过停止显示单元中的光检测操作来减少光源单元的功耗。
图1示出了依据本发明一实施例的光学输入显示设备的示意性框图；图2A示出了图1中所示的笔形光源设备的截面图；图2B示出了光源单元的电路图；图3示出了图1中所示的显示单元的电路框图；图4A示出了图1中所示的光源设备压在显示单元的显示屏上的截面图；图4B示出了这种情况中在该显示屏上的光接收区域；图5A示出了图1中所示的光源设备比图4的情况更强地压在显示设备的显示屏上的截面图；图5B示出了这种情况中在该显示屏上的光接收区域；图6A示出了具有修改结构的光源设备的尖端的放大透视图；图6B示出了从光源设备照射光时显示屏上的光学图案；图6C示出了与该光学图案对应的匹配图案；图7示出了另一光学输入显示设备的示意性框图。
图8示出了一时序图，其用于描述图7中所示的光学输入显示设备的各个单元的操作；图9示出了在图7所示的光学输入显示设备中用于逻辑运算的真值表。
具体实施例方式
如图1所示，根据一实施例的光学输入显示设备包括笔形光源设备1和显示设备。该显示设备包括显示单元3、信号处理单元5以及主处理器7。
光源设备1包括光源单元，配置来在光源设备1一端的笔尖压在显示设备的显示屏时，照射光；以及光传送单元，配置来传送来自光源单元的光，使得响应于笔尖的压力程度而改变显示屏上光接收区域的面积。
显示单元3具有在显示屏上显示任意图像的显示功能，并具有检测从光源设备1照射到显示屏上的光的光学输入功能。
信号处理单元5包括光接收与检测单元、距离计算单元以及位置计算单元。该光接收与检测单元接收由显示单元3所检测到的光检测信号，并基于这个光检测信号检测显示屏上的光接收区域。该距离计算单元基于所检测到的光接收区域，计算光源设备1的光传送单元与显示屏之间的距离。该位置计算单元基于所检测到的光接收区域，计算显示屏上光照射的位置。
主处理器7从信号处理单元5接收距离数据和位置数据，并执行各种处理。例如，主处理器7以线条连接显示屏上的多个位置，并在显示屏上显示该位置，其中，该多个位置是由显示屏上的多个位置数据所指定的。同时，主处理器7响应于距离数据，把要在显示屏上显示的线条的粗细程度变成细线、粗线、中等线等。
如图2A中的截面图所示，光源设备1包括以虚线表示的光传送单元17，其提供在笔形壳体31的尖端，该笔形壳体31具有形成为圆锥体形或棱锥形的尖端1a。光传送单元17也形成为圆锥体形或棱锥形，并在其尖端部分包括一个孔。可以传送光的条形透明的笔尖15从该孔中突出。光传送单元17形成来将光从该孔传送到预定位置。为了防止光源单元发射的光泄漏到光传送单元17和笔尖15部分之外，因此，壳体31形成为不能发光。
在光源设备1中，在尖端1a中提供有发光二极管11，在发光二极管11和笔尖15之间提供有透镜13。发光二极管11由透镜13覆盖，并且发光二极管11和透镜13整合地固定在绝缘基片12上。发光二极管的阳极端14和阴极端16突出于基片12。此后，将发光二极管11和透镜13共同地参考为光源单元。
从发光二极管11输出并经过透镜13的光，经由光传送单元17和笔尖15传送而输出到外部。发光二极管11的阳极端14连接到导线19的一端。导线19的另一端电性地且可移动地与导电的第一机械接触构件21相接触，该第一机械接触构件21靠近于光源设备1的内壁而设置。
第一机械接触构件21通过电阻23连接到电池25的正极(+)。电池25的负极(-)电连接到光源设备1的壳体31，并且进一步通过壳体31连接到固定于壳体31内壁的第二机械接触构件29。
发光二极管11的阴极16连接到导线27的一端。导线27的另一端27a对着第二机械接触构件29附近垂直地弯曲且突出。导线27的另一端27a和第二机械接触构件29共同构成图2B的电路图中所示的开关35。如后所述的当导线27的另一端27a接触第二机械接触构件29时，开关35导通。这里，在图2A所示的状态中，导线27的另一端27a从第二机械接触构件29上移开。因此，开关35处于断开状态。
压缩弹簧33的一端固定在基片12上。该压缩弹簧33的另一端固定到在壳体31内部提供的一个固定部分。基片12和光源单元通过该压缩弹簧33而对着笔尖15压下，因此，笔尖15也被压。这样，笔尖15的边缘略微地突出到尖端1a的孔之外。
图2B为光源设备1的等同电路图。如图所示，光源设备1包括串联的发光二极管11、电阻23、电池25以及开关35。开关35包括导线27的另一端27a和第二机械接触构件29。当开关35导通时，电流从电池25的正极经由电阻23、发光二极管11和开关35流到电池25的负极。通过该电流导通发光二极管11，因而照射光。
如图3所示，显示单元3包括像素单元45和光电检测器单元47，该像素单元45和光电检测器单元47设置在平行排列的多条扫描线d1、d2、d3...和dn与平行排列的多条信号线e1、e2、e3...em的各个的交叉点。像素单元45将经由信号线提供的图像信号显示在显示屏上。光电检测器单元47检测从光源设备1照射到显示屏上的光。通过扫描线驱动电路41将扫描信号顺次输出到扫描线d。通过信号线驱动电路43将图像信号输出到信号线。
像素单元45和光电检测器单元47整体以nxm矩阵排列在玻璃阵列基板上。通过使用最近的集成电路技术和处理技术，也可以将扫描线驱动电路41和信号线驱动电路42提供在同一阵列基板上。
每个像素单元45包括一个薄膜晶体管、液晶电容器以及辅助电容器。每个光电检测器单元47包括一个光电转换器，例如光电二极管、电荷存储电容器、放大器晶体管、开光晶体管以及预充电晶体管。
这里，像素单元45的配置并不仅限于前述例子，例如，该像素单元45还可以包括电致发光(EL)元件。同时，光电检测器单元47的配置并不仅限于上述例子，该光电检测器单元47可以采用任何配置，只要这样的配置可以检测从光源设备1照射到显示单元3的显示屏3a上的光。
图4A示出了当光源设备1的笔尖15压显示单元3的显示屏3a时的一种状态。关于显示单元3，在图4A中的底部，只图示了像素单元45和光电检测器单元47中的光电检测器单元47，同时出于简化的目的，只在显示单元3的顶部图示了显示屏幕3a。就光源设备1而言，当允许光源设备1的笔尖15接触显示单元3的显示屏3a并将其轻轻地压在显示屏3a上时，如图2中所示，导线27的另一端27a与第二机械接触构件29之间的间隙没有桥接(Bridged)。在这种情况下，开关35没有导通。
相反，如图4A所示，当光源设备1的笔尖15以给定的压力压显示屏3a时，笔尖15经由发光二极管11、透镜13以及基片12抵抗压缩弹簧33的力，并且笔尖15沿着箭头111指示的方向运动到尖端1a中。结果是，连接到基片12的阴极端16的导线27也在相同的方向移动。相应地，导线27的另一端27a接触第二机械接触构件29，使开关35导通，因此，发光二极管11发光。
来自发光二极管11的光经由透镜13、笔尖15以及光传送单元17，照射到显示屏3a上。
光照射到显示屏3a上由该图中的链状线51指示的范围内，并且，因此在显示屏3a上形成了光接收区域53。这里，在图4A中，将光接收区域53临近于多个光电检测器单元47而描绘，而将显示屏3a远离光电检测器单元47以及光接收区域53而描绘。然而，实际上，光电检测器单元47的平面位置几乎位于显示屏3a相同的平面上。以下，将光接收区域假设为形成于显示屏3a上。
图4B是显示屏3a的上平面图，当不考虑光源设备1时，光照射在显示屏3a上。该图中仅仅描绘了多个光电检测器单元47和像素单元45，省略了扫描线d和信号线e。
在图4B中，光照射到的显示屏3a上的光接收区域53由虚线所环绕。在光接收区域53内的多个光电检测器单元47独立地检测从发光二极管11照射的光并输出光检测信号。在图4B中，以黑色描绘存在于光接收区域内的光电检测器单元47。
将多个光电检测器单元47输出的、作为光检测结果的光检测信号提供到信号处理单元5。在信号处理单元5中，光接收与检测单元基于光检测信号检测光接收区域53，并且，距离计算单元基于光接收区域53，计算光传送元件17的锥形尖端17a和显示屏3a之间的距离。更明确地，距离计算单元包括面积计算单元和基于面积的距离计算单元。面积计算单元基于检测到光的光电检测器单元47的数量，计算光接收区域53的面积。在图4B中，以黑色描绘的在光接收区域53内的光电检测器单元47的数量为21个。该基于面积的距离计算单元基于该面积，计算光传送单元17的尖端17a和显示屏3a之间的距离。这里，光接收区域53的面积可以通过使用来自多个光电检测器单元47的光检测信号的数量来计算。
图5A和5B示出了当通过施加大于预定量的压力而使光源设备1的笔尖15强烈地压显示屏3a时的一种状态。这里，图5A和5B分别相应于图4A和4B。
如图5A所示，当施加大于预定量的压力而使笔尖15压显示屏3a时，笔尖15抵抗压缩弹簧的力，并沿着箭头111所指示的方向运动到孔中。相应地，光传送单元17的尖端17a接近显示屏3a。在这种情况下，与图4A中的情况相比，通过从发光二极管11照射的光而形成于显示屏3a上的光接收区域的尺寸，即光接收区域53的面积变小了。此外，当光传送单元17的尖端17a接触显示屏3a，笔尖15不能进一步进入孔中，因此，停在那个位置上。
如图5B所示，当从上面观看来自发光二极管11的光所照射到的显示屏3a时，形成于显示屏3a上的光接收区域53的面积明显小于图4B中所示的面积。描绘成黑色的检测到光的光电检测器单元47的数量减少到9个。
如上所述，当光传送单元17的尖端17a远离显示屏3a时，光接收区域的面积变大，并且，当光传送单元17的尖端17a接近显示屏3a时，光接收区域的面积变小。光传送单元17和显示屏3a之间的距离与光接收区域具有上述的关系。
因此，可以使用信号处理单元5，通过计算输出光检测信号的光电检测器单元47的数量、或者光检测信号的数量来计算光接收区域53的面积。此外，可以基于这个面积，计算光传送单元17和显示屏3a之间的距离。
这里，当数量范围为10到39(10和39包含在内)时，可以将所计算的数量和距离之间的关系定义为距离等于0，当数量范围为40到69(40和69包含在内)时，定义为距离等于1，当数量范围为70到99(70和99包含在内)时，定义为距离等于2，并且，当数量范围为大于等于100或者小于等于9时，定义为距离等于3。例如，可以将这样的规则预先作为数据存储在信号处理单元5的存储器中。然后，信号处理单元5通过对照该数据核对实际计算数量，从而计算距离。
将由信号处理单元5所计算的距离数据提供到主处理器7。主处理器7响应于该距离数据，而改变线条的粗度，该线条用于在显示屏上绘制图形，例如圆形、或者长方形。
特别是，主处理器7响应于上述距离，而改变由显示屏3a上的光学输入的位置中的像素单元45所显示的图片或图像，该图像例如为符号、线条、图形。例如，主处理器7响应于上述距离，将线条的粗度改变为细线、粗线、中等线等，并将线条的颜色改变为红色、绿色、黄色或者黑色。同时，主处理器7响应于该距离改变图形的线条的粗度和颜色，该图形例如为围绕显示屏3a上的光学输入的位置而绘制的圆形或者长方形。另外，主处理器7响应于上述距离，改变线条的粗度等，该线条是从光学输入的位置绘制到预先指定的不同位置。更明确地，主处理器7在距离长时绘制细线，并在距离短时绘制粗线。
信号处理单元5的位置计算单元基于显示屏3a上的光接收区域53，计算显示屏上光照射的位置，即，光接收位置。更明确地，首先，信号处理单元5顺次扫描各个光电检测器单元47且接收光检测信号。通过执行这个处理，位置计算单元可以识别传送光检测信号的光电检测器单元47的位置，并获得位于光接收区域53内部的多个光电检测器单元47的位置数据。信号处理单元5可以容易地计算光接收区域53的中心位置或者位于光接收区域53内任一位置。
将光接收区域53的中心位置数据从信号处理单元5提供到主处理器7。主处理器7将光接收区域53的中心位置数据使用作绘制例如圆形或长方形的图形或者线条的起始点。
这里，将来自各个光电检测器单元47的光检测信号与在显示单元3或者信号处理单元5中的给定阈值进行比较，仅将大于该阈值的光检测信号形成二进制数据。信号处理单元5基于已形成为二进制数据的光检测信号，计算上述的面积、距离以及位置。
这里，光接收区域53的周界相对于中心可能接收较低光强的光，而且该边界可能变得不清楚。相应的，最好使用二进制形式的光检测信号，来清楚地定义光接收区域的周界。
顺便地，光接收区域53是显示屏3a自发光二极管11所接收到的光强大于给定值的区域。相应的，也可以依据每个光电检测器单元47来检测光接收强度，以及基于光接收强度的分布来定义光接收区域53。
当来自光源设备1的光发射强度依据压力的程度而变化，而显示屏上的光接收强度与光发射强度成正比变化时，光接收与检测单元基于来自光电检测器单元47的光检测信号，来检测光接收强度。然后，距离计算单元基于光接收强度，计算光传送单元和显示屏之间的距离，并且，位置计算单元基于光接收强度，计算显示屏上光照射的位置。
因此，在这个实施例中，当光源设备1的尖端压显示屏3a时，光源设备1响应于压力的程度而改变光接收区域53的面积。同时，显示设备的信号处理单元5基于光接收区域53，计算光源设备的光传送单元17和显示屏3a之间的距离。在其他的情况下，光源设备1响应于压在显示屏3a上的压力的程度，改变显示屏3a上的光接收强度。同时，显示设备的信号处理单元5基于光接收强度，计算光传送单元17和显示屏3a之间的距离。通过使用该距离，可以检测光源设备1压在显示屏3a上的压力的程度。这样，当例如通过使用来自光源设备1的光来输入线条或者图形时，可以例如根据压力的程度改变处理，从而，在距离长时绘制细线，以及在距离短时绘制粗线。这样，可以提高可用性。
根据这个实施例，当光源设备1没有压显示屏3a时，光源单元不输出光。因此，可以防止归因于外部环境光的故障，并可以通过停止显示单元中的光检测操作而减少光源的功耗。
在这个实施例中，面积计算单元计算光接收强度等于或者大于预定值的区域的面积、或者光接收区域的面积。同时，基于面积的距离计算单元基于这个面积，计算光传送单元17和显示屏3a之间的距离。通过计算如上所述的接收光的面积，可以容易地计算出光传送单元17和显示屏3a之间的距离。
在这个实施例中，位置计算单元基于光接收强度或者光接收区域，计算光照射到的显示屏上的位置。这样，可以根据来自光源设备的光学输入，很容易地将所检测到的位置设置为绘制例如线条或者图形的起始点。
接下来，将描述根据另一实施例的光学输入显示设备。
图6A是在采用修正结构的笔形光源设备1中的尖端1a的放大透视图。在这个图中的光源设备1的尖端1a包括十字形开口61以及四个小直径孔63，该小直径孔63以十字形开口61的交叉点作为中心，同时以面对的方式形成于相邻的开口61之间。这样，当从光源设备1的尖端1a照射光时，要投射到显示屏3a上的光的形状被形成为一个图案，该图案包括十字形开口形状61a和四个具有相对小直径的点形状，如图6B所示，该四个点形状以十字形开口61的交叉点作为中心，同时以面对的方式形成于相邻的开口61之间。
当这个光学图案照射到显示屏3a上时，由显示单元3的光电检测器单元47检测该光学图案，并将其作为光检测信号提供到信号处理单元5。
这里，信号处理单元5包括存储单元、核对单元以及判断单元。存储单元预先存储如图6C所示的匹配图案67，匹配图案67与自十字形开口61和小直径孔63照射的光的形状一致。核对单元基于光电检测器单元47检测的光检测信号，对照存储在存储单元中的匹配图案来核对该图案。判断单元将在核对处理中与匹配图案一致的光检测信号判断为合格信号。
更明确地，核对单元从存储单元中读取出匹配图案67，然后通过使用给定的阈值，将提供自显示单元的光检测信号转化为二进制数据，并对照匹配图案67核对已转化为二进制数据的光学图案。判断单元执行图案匹配，从而判断显示单元3所检测的光学图案是自光源设备1输出的真实的光学图案，并判断该光学图案没有收到来自外部的其他光学成分的影响。
当该光学图案判断为真实的图案时，信号处理单元5计算如上所述的显示屏3a上的这个光学图案的位置、以及光传送元件17和显示屏3a之间的距离，并将位置数据和距离数据提供到主处理器7。主处理器7基于该位置数据和距离数据，执行如上所述的各种处理。
因此，在这个实施例中，光源设备1照射包括十字形开口和小直径点形状的光到显示屏上。信号处理单元的核对单元对照预先存储在存储单元中的匹配图案67核对光学图案，该光学图案包括由光电检测器单元47检测到的十字形开口和小直径点形状，并且，当该光学图案与匹配图案67一致时，判断单元判断这个光学图案的光检测信号代表真实的信号。上述人工的光学图案不能自然地发生，或者由环境光产生。因此，可以精确地判断该光学图案。这样，显示设备可以正确地执行各种处理，而不会引起归因于来自外部的环境光的影响的故障。
尽管上述光学图案提供四个小直径孔63，从而投射四个小直径的光学点形状63a。然而，孔63的数量并不限于4个，孔的数量可以是等于或者大于1的任何数量。同样，开口61的形状也不仅限于十字形。
同时，来自光源设备1的光学图案的光接收强度依赖于旋转、倾斜、和光源设备1的压力程度而变化。因此，也可以通过执行考虑到形变的图案匹配，获得关于旋转、倾斜以及光源设备1的压力程度的信息。
接下来，将描述根据又一实施例的光学输入显示设备。
与图1所示的设备相比，图7所示的这个设备中，加入了定时控制器73和受制于定时控制器73的开启和关闭控制的电源71。定时控制器73执行显示单元3中多个光电检测器单元47操作的同步控制，以及光源设备10的光照射的操作的同步控制。光电检测器单元检测与光电检测器单元47的操作同步的光接收强度或者显示屏上的光接收区域。光源设备10使用电源71代替电池25。开关71a连接到电源71的输出线，并且，电流从电源经由开关71a提供到光源设备10。开关71a的开启和关闭操作由定时控制器73控制。图7中的其他构成和操作与前述实施例中所描述的相同。相同的构成以相同的参考数字标示。
如图7所示，为了操作显示单元3中的多个光电检测器单元47，定时控制器73将图像捕捉控制信号提供到显示单元3，产生与这个图像捕捉控制信号同步的开关控制信号，并通过使用这个开关控制信号，控制开关71a的导通和断开。定时控制器73利用开关71a的导通和断开操作，使光源设备10开启和熄灭。此外，定时控制器73将指示光源设备10状况的开启标记或者熄灭标记提供到信号处理单元5。
通过执行如上所述的同步控制，如果光源设备10没有照射光、即熄灭标记从定时控制器73输出到信号处理单元5时，信号处理单元5接收到来自显示单元3的光电检测器单元47的光检测信号，则信号处理单元5可以识别到该光检测信号归因于外部环境光。相应地，可以通过忽略有关的光检测信号，正确地防止归因于外部环境光的故障等。同时，如果光源设备10照射光、即开启标记从定时控制器73输出到信号处理单元5时，信号处理单元5接收到来自显示单元3中的光电检测器单元47的光检测信号，则信号处理单元5可以识别到光检测信号是来自光源设备10的笔尖15的合格信号。
更明确地，如图8所示，通过以帧同步的双周期而同步的闪烁光源设备10，来实现上述操作定时。这里，一个帧周期等于一轮顺次扫描多个光电检测器单元47的时间段。这个时间段也等于用于捕捉一图像捕捉数据的时间段。
在图8中，在显示为熄灭n、点亮n、熄灭n+1和点亮n+1的帧同步的双周期中，光源设备10被操作来反复点亮和熄灭。通过根据来自定时控制器73的开关控制信号来导通和断开电源71的开关71a、以及通过根据该导通和断开操作来将电流从电源71提供到光源设备10，来实现图8的操作。
如图8所示，在显示单元3中，多个像素单元45根据来自定时控制器73的图像捕捉控制信号，交替进行与操作同步的液晶显示和闪烁，从而使光源装置10导通和关闭，并且，多个光电检测器单元47交替进行曝光(exposure)(光检测)、数据转换以及初始电荷(charge)存储。
通过执行如上所述的同步控制，将表示处于熄灭状态的光检测信号的二进制图像数据(例如F(2n))和表示处于点亮状态的光检测信号的二进制图像数据(例如F(2n+1))交替地提供到信号处理单元5。
如图9所示，信号处理单元5的操作单元对于每一像素，计算处于熄灭状态的二进制图像数据的逻辑非值(非F(2n))和处于点亮状态的二进制图像数据(F(2n+1))与的的逻辑乘积。这样，只有当一处于熄灭状态的二进制图像数据F(2n)等于0(黑)、而一处于点亮状态的二进制图像数据F(2n+1)等于1(白)时，该逻辑乘积等于1，其中，0表示没有检测到光，1表示检测到光。只有在前述情况下，信号处理单元的判断单元才将光检测信号判断为属于来自光源装置10的真实光的合格光检测信号。
图9中的真值表将从其上部开始进行详细描述。首先，当一处于熄灭状态的二进制图像数据F(2n)等于0(黑)和一处于点亮状态的二进制图像数据F(2n+1)等于0(黑)时，该两个值的逻辑乘积(非F(2n)与F(2n+1))等于0(黑)，其中，0表示没有检测到光。这个结果表示没有检测到光。
当一处于熄灭状态的二进制图像数据F(2n)等于0(黑)和一处于点亮状态的二进制图像数据F(2n+1)等于1(白)时，上述逻辑乘积等于1(白)，其中，1表示检测到光。只有在这种情况下，信号处理单元5的判断单元才将来自光电检测器单元47的光检测信号判断为属于来自光源装置10的真实光的合格光检测信号。
当一处于熄灭状态的二进制图像数据F(2n)等于1(白)和一个处于点亮状态的二进制图像数据F(2n+1)等于0(黑)时，上述的逻辑乘积等于0(黑)。这里，尽管是熄灭状态，一处于熄灭状态的二进制图像数据F(2n)等于表示检测到光的逻辑值1。这个逻辑值1是作为归因于外部环境光等的故障的结果而引起的。将逻辑乘积设置为0以检测这样的故障。这里，尽管是点亮状态，一处于点亮状态的二进制图像数据F(2n+1)仍等于表示没有检测到光的逻辑值0，这种现象意味着来自光源设备10的光没有照射到与光检测有关的光电检测器单元47所处的位置。换句话说，这个现象意味着相关的光电检测器单元47位于图4A-图5B中显示的光接收区域53之外，或意味着尽管光电检测器单元47位于光接收区域53之内、但其没有成功的检测来自光源设备10的光。
当一处于熄灭状态的二进制图像数据F(2n)等于1(白)和一处于点亮状态的二进制图像数据F(2n+1)等于1(白)时，上述逻辑乘积等于0(黑)。这里，尽管是熄灭状态，处于熄灭状态的二进制图像数据F(2n)仍等于表示检测到光的逻辑值1。这个逻辑值1是作为归因于外部环境光等的故障的结果而引起的。将逻辑乘积设置为0以检测这样的故障。
如上所述，在这个实施例中，定时控制器73同步地控制显示单元3中光电检测器单元47的操作和由光源设备10照射光的操作，并且，光接收与检测单元与光电检测器单元47的操作同步地检测显示屏上的光接收强度或光接收区域。这样，即使在光源设备没有照射光、而光电检测器单元47错误地检测到外部环境光等等时，也可以容易地判断这样的故障，因而正确地防止归因于外部环境光的故障。
在这个实施例中，定时控制器73与光电检测器单元47的操作同步地使光源设备10闪烁。这样，即使在例如光源设备没有照射光、而光电检测器单元47错误地检测到外部环境光等等时，也可以容易地判断这样的故障，因而正确地防止归因于外部环境光的故障。
在这个实施例中，定时控制器73以帧同步的双周期同步地使光源设备10闪烁。这样，即使在光源设备没有照射光、而光电检测器单元47错误地检测到外部环境光等等时，也可以容易地判断这样的故障，因而正确地防止归因于外部环境光的故障。
在这个实施例中，信号处理单元的操作单元计算处于熄灭状态的二进制图像数据F(2n)的逻辑非信号(非F(2n))和处于点亮状态的二进制图像数据F(2n+1)与的逻辑乘积，其被交替且连续地输出。通过使用该计算结果，可以正确地防止归因于外部环境光的故障。
这里，在这个实施例中，提供有光源71和开关71a，并且，通过来自定时控制器73的电源开关控制信号的使用，使开关71a受制于导通和断开控制，以使光源装置10闪烁。然而，本发明的显示设备并不仅限于上述的配置。例如，对于图2A所示的光源设备1，也可以在用于将电流从电池25提供到发光二极管11的路径上提供一个开关，并通过来自定时控制器73的控制信号的使用，使开关71a受制于导通和断开控制，以使发光二极管11闪烁。
在上述实施例中，从每个光电检测器单元47输出的信号被定义为光检测信号，该光检测信号被单独地提供来表示光的检测。然而，由于图像是通过收集这些光电检测器单元47的多个输出信号而形成的，因此，也可以提供图像捕捉信号来代替光检测信号。同时，由显示单元3或信号处理单元5将该光检测信号与给出的给定阈值进行比较，并将其作为二进制数据输出，因此，也可以将该光检测信号设置为二进制数据。
权利要求
1.一种提供有光源设备和显示设备的光学输入显示设备，该光源设备包括光源单元，在其尖端压在显示设备的显示屏上时，照射光；以及光传送单元，发送来自光源单元的光，以响应于压力的程度改变显示屏上的光接收强度和光接收区域中的任何一个，并且该显示设备包括显示单元，其包括，显示经由信号线所提供的图像信号的像素单元、以及检测从光源设备照射到显示屏上的光的光电检测器单元，该像素单元和光电检测器单元提供在多条扫描线和多条信号线的交叉点上；光接收与检测单元，基于来自光电检测器单元的光检测信号，计算显示屏上的、来自光传送单元的光的光接收强度和光接收区域中的任何一个；以及距离计算单元，基于所检测到的光接收强度和所检测到的光接收区域中的任何一个，计算光传送单元和显示屏之间的距离。
2.一种具有光学输入功能的显示设备，该显示设备包括显示单元，其包括，检测从光源设备照射到显示屏上的光的光电检测器单元、以及显示经由信号线所提供的图像信号的像素单元，该像素单元和光电检测器单元提供在多条扫描线和多条信号线的交叉点上，该光源设备包括光源单元和光传送单元，光源单元在其尖端压显示设备的显示屏时照射光，光传送单元传送来自光源单元的光，以响应于压力的程度，改变显示屏上的光接收强度和光接收区域中的任何一个；光接收与检测单元，基于来自光电检测器单元的光检测信号，计算显示屏上的、来自光传送单元的光的光接收强度和光接收区域中的任何一个；以及距离计算单元，基于所检测到的光接收强度和所检测到的光接收区域中的任何一个，计算光传送单元和显示屏之间的距离。
3.如权利要求2所述的显示设备，其中，距离计算单元进一步包括面积计算单元，计算具有由光接收与检测单元所检测到的、等于或者大于预定值的光接收强度的面积，以及由光接收与检测单元所检测到的光接收区域的面积中的任何一个；以及基于面积的距离计算单元，基于由面积计算单元所计算的任何一个面积，来计算光传送单元和显示屏之间的距离。
4.如权利要求2所述的显示设备，进一步包括位置计算单元，基于光接收与检测单元所检测到的光接收强度和光接收区域中的任何一个，来计算在显示屏上光的照射位置。
5.如权利要求2所述的显示设备，进一步包括定时控制器，执行光电检测器单元的光检测操作的同步控制以及光源设备的光照射操作的同步控制，其中，光接收与检测单元，与光电检测器单元的操作同步地检测显示屏上光接收强度和光接收区域中的任何一个。
6.如权利要求5所述的显示设备，其中，定时控制器，与光电检测器单元的操作同步地使光源设备的光源单元闪烁。
7.如权利要求5所述的，其中，定时控制器在帧周期的双周期中，使光源设备的光源单元闪烁。
8.如权利要求2所述的显示设备，其中，光传送元件包括十字形开口、以及以十字形开口的交叉点作为中心，且以面对方式形成于相邻的开口之间的小直径孔，以及，显示设备进一步包括存储单元，预先存储与从十字形开口和小直径孔照射出的光的形状一致的匹配图案；核对单元，对照存储在存储单元中的匹配图案，从而基于由光电检测器单元所检测到的光检测信号来核对光学图案；以及判断单元，配置来判断，通过核对单元的使用而与匹配图案一致的光检测信号是被检测为来自光源装置的真实光的信号。
9.一种光源装置，包括光源单元，在其尖端压在显示设备的显示屏上时，照射光；以及光传送单元，传送来自光源单元的光，以响应于压力的程度改变显示屏上的光接收强度和光接收区域中的任何一个。
10.如权利要求9所述的光源装置，其中，光传送单元形成为位于笔形壳体的尖端的圆锥体形或棱锥形的任何一种，该笔形壳体内部容纳有可以传送光的光源单元，并且包括位于光传送单元尖端的孔，该光传送单元包括可传送光的条形笔尖；以及压缩弹簧，配置来压笔尖，使其突出在该孔之外，并且当笔尖突出在该孔之外的量等于或者大于预定距离时，该光源单元不产生光，当对弹簧施加等于或者大于预定量的力来压笔尖、并且因此使笔尖运动到该孔中时，光源单元产生光。
全文摘要
为了检测光源设备对显示设备的显示屏的压力，光源设备响应于光源设备的尖端对显示屏的压力的程度，而改变显示屏上的光接收区域的面积。同时，显示设备的信号处理单元计算光源设备的光传送单元与显示屏之间的距离。通过使用这个距离，可以检测压力的程度。此外，为了防止归因于外部环境光的故障、以及减少光源设备的光源单元的功耗，而将光源单元配置成当光源设备的尖端没有压显示屏时，不发光。
文档编号G06F3/042GK1690939SQ20051006618
公开日2005年11月2日 申请日期2005年4月21日 优先权日2004年4月22日
发明者吉田征弘 申请人:东芝松下显示技术有限公司