JP6515011B2

JP6515011B2 - タッチパネル装置

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Inventors: 裕次渡津
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Description

本発明は、タッチパネル装置、特に、押圧力検出機能を有するタッチパネル装置に関する。

タッチパネル装置は、指等によって押された位置を検出する機能を有している。例えば、静電容量方式のタッチパネル装置は、第１電極パターンと、第１電極パターンとの間で絶縁性を保ち且つ前記第１電極パターンと交差して並設される第２電極パターンとを有している。この装置では、指のタッチに起因する交点における静電容量の変化に基づいて、タッチ位置が検出される。

近年は、押された位置のみならず押圧力も検出するタッチパネル装置が開発されている。押圧力を検出する機能は、例えば、タッチパネルに圧電センサを組み合わせることで実現される。
また、静電容量方式のタッチパネル装置において、第１電極パターンと第２電極パターンが弾性体を挟んで積層方向に離れて配置された構造において、押圧力が加えられたときの第１電極パターンと第２電極パターンの接近による静電容量の増加に基づいて、押圧力を検出する技術も紹介されている（例えば、特許文献１を参照）。

特表２０１３−５２９８０３号公報

しかし、特許文献１のような構成では、弾性体が十分に圧縮されなければ静電容量の変化を検出することが難しく、押圧力が小さい、つまり荷重が小さい場合はタッチされた位置の検出が難しかった。また、小さな押圧力でもタッチされた位置を検出することを目的として、投影型静電容量方式のタッチパネルを別に積層することが考えられる。しかし、その場合は電極層が増えることで、装置の構造及び制御回路が複雑になる。

本発明の目的は、押圧力検出機能を有するタッチパネル装置において、簡単な構造によってタッチされた位置を検出可能にすることにある。

以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。

本発明の一見地に係るタッチパネル装置は、押圧力を検出可能である。タッチパネル装置は、第１絶縁体及び第２絶縁体と、弾性体と、第１電極パターンと、第２電極パターンと、第３電極パターンと、インピーダンス回路と、インピーダンス変更制御回路と、静電容量検出回路と、押圧力算出回路と、を有している。
第１絶縁体及び第２絶縁体は、積層して設けられている。
弾性体は、第１絶縁体と第２絶縁体との間に設けられ、第１絶縁体及び第２絶縁体のそれぞれより剛性が低い。
第１電極パターンは、第１絶縁体の第２絶縁体と反対側の面に設けられた、複数の第１電極を有する。
第２電極パターンは、第１絶縁体と弾性体との間に設けられた、複数の第１電極に対して平面視で複数の交点を形成するように形成された複数の第２電極を有する。
第３電極パターンは、弾性体と第２絶縁体との間に全面的に設けられている。
インピーダンス回路は、第３電極パターンに接続され、基準電位と第３電極パターンとの間のインピーダンスを変更可能である。
インピーダンス変更制御回路は、インピーダンス回路のインピーダンスを高低２段階に変更する。
静電容量検出回路は、第１電極パターンと第２電極パターンの交点に発生する静電容量を検出する。
押圧力算出回路は、インピーダンス回路が高インピーダンスの場合の静電容量と、インピーダンス回路が低インピーダンスの場合の静電容量とを用いた演算によって、交点における押圧力を算出する。

この装置では、指が第１絶縁体及び第２絶縁体を押すと、静電容量検出回路が、押圧位置に対応する第１電極パターンと第２電極パターンの交点に発生する静電容量を検出する。これにより、押圧位置が算出される。
また、インピーダンス変更制御回路が、インピーダンス回路のインピーダンスを高低２段階に変更し、さらに、押圧力算出回路が、インピーダンス回路が高インピーダンスの場合の静電容量と、インピーダンス回路が低インピーダンスの場合の静電容量とを用いた演算によって、押圧力を算出する。演算の種類は特に限定されない。
この結果、タッチパネル装置において、簡単な構造によって小さな押圧力を検出可能になる。

静電容量検出回路による静電容量を測定する動作は、インピーダンス回路が高インピーダンスの状態で各交点の静電容量を測定する第１測定ステップと、インピーダンス回路が低インピーダンスの状態で各交点の静電容量を測定する第２測定ステップとを含んでいてもよい。押圧力算出回路による押圧力を算出する動作は、第１測定ステップ及び第２測定ステップの終了後に、行われる。
この装置では、押圧力算出回路による押圧力を算出する動作は第１測定ステップ及び第２測定ステップの後に行われるので、演算効率が良くなる。

静電容量検出回路は、第１測定ステップ及び第２測定ステップのうち先に実行したステップの結果に基づいて、後に実行するステップにおいて測定を行う交点を選択してもよい。例えば、押圧位置の可能性がある又は押圧位置に関連がある交点のみが選択される。
この装置では、後に実行するステップにおいて測定を行う交点の数が少なくなるので、静電容量検出の動作及び時間が少なくなる。

第２絶縁体は、画像表示面の偏光板からなっていてもよい。
この装置では、部品点数が少なくなり、それにより構造が簡単になる。

本発明に係るタッチパネル装置では、簡単な構造によって小さな押圧力を検出可能になる。

タッチパネルの概略断面図。第１電極パターンの概略平面図。第２電極パターンの概略平面図。第３電極パターンの概略平面図。第１電極パターンと第２電極パターンを重ね合わせた状態の概略平面図。タッチパネル装置の制御構成図。インピーダンス回路の第１例を示す図。インピーダンス回路の第２例を示す図。タッチパネルにおける電気力線を示す概略断面図。タッチパネルにおける電気力線を示す概略断面図。タッチパネルにおける電気力線を示す概略断面図。タッチパネル装置の制御動作を示すフローチャート。各交点の静電容量値測定動作を示すフローチャート。各交点の静電容量値測定動作を示すフローチャート。測定値の演算動作を示すフローチャート。実施例のシミュレーション結果を示す表。第２実施形態における、タッチパネル装置の制御動作を示すフローチャート。第３実施形態における、タッチパネルの概略断面図。

以下、実施形態について、図面を参照しながら説明する。

１．第１実施形態
（１）タッチパネルの構造
図１に示すタッチパネル１は、タッチパネル装置３（図６）の一部を構成する装置である。タッチパネル１は、押圧位置を検出する機能と、押圧力を検出する機能とを有している。なお、図１は、タッチパネルの概略断面図である。

タッチパネル１は、保護層５を有している。保護層５の第１面が指がタッチする入力面になっている。保護層５は、後述する電極パターンを保護するための層であり、指と電極パターンが導通するのを防止したり、電極パターンの損傷を防止したりする機能を有している。なお、保護層５は任意の部材であり、省略可能である。
保護層５は、加わる衝撃によって破損しない必要があり、例えば、ガラス板、樹脂板などが挙げられる。ガラス板の材料としては、化学強化ガラスが好ましく、樹脂板の材料としては、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂等が好ましい。

タッチパネル１は、第１絶縁体７、弾性体９と、第２絶縁体１１と、第１電極パターン１３と、複数の第２電極パターン１５と、第３電極パターン１７とを有している。
第１絶縁体７及び第２絶縁体１１は、積層して設けられている。具体的には、第１絶縁体７は、保護層５の第１面と反対側の第２面に設けられている。第２絶縁体１１は、第１絶縁体７の保護層５と反対側の面に設けられている。
弾性体９は、第１絶縁体７と第２絶縁体１１との間に設けられている。弾性体９は、例えば保護層５が指で押されたときに弾性変形可能な部材である。それに対して、第１絶縁体７及び第２絶縁体１１は、例えば保護層５が指で押されたときにほとんど弾性変形しない又はわずかしか変形しない部材である。

第１電極パターン１３は、第１絶縁体７の第２面（保護層５側の面）に設けられる。複数の第２電極パターン１５は、第１絶縁体７の第２面（弾性体９側の面）に設けられる。これにより、第２電極パターン１５は、第１電極パターン１３との間で絶縁性を保ち且つ第１電極パターン１３と交差して配置される。第１電極パターン１３及び第２電極パターン１５は、引き出し配線（図示せず）によって接続端子（図示せず）に至るまで引き出される。
第３電極パターン１７は、弾性体９と第２絶縁体１１との間に設けられる。

第１電極パターン１３は、図２に示すように、図のＸ方向に並んだＸ方向電極である。第２電極パターン１５は、図３に示すように、図のＹ方向に並んだＹ方向電極である。第３電極パターン１７は、図４に示すように、第１電極パターン１３と第２電極パターン１５を覆うように全面的に形成されている。図２は、第１電極パターンの概略平面図である。図３は、第２電極パターンの概略平面図である。図４は、第３電極パターンの概略平面図である。

第１電極パターン１３、第２電極パターン１５、及び第３電極パターン１７のレイアウトを、図２〜４を用いてさらに詳細に説明する。第１電極パターン１３及び第２電極パターン１５は、いわゆるダイヤモンドパターンである。
第１電極パターン１３は、Ｙ方向に延びかつＸ方向に並んだ複数の第１電極１３ａ（ｘ０、ｘ１、ｘ２、、、、ｘｎ）を有している。各第１電極１３ａは、複数の菱形電極２１と、この菱形電極２１同士を図中縦方向（Ｙ方向）に接続する複数の接続配線２３とを備えている。第２電極パターン１５は、Ｘ方向に延びかつＹ方向に並んだ複数の第２電極１５ａ（ｙ０、ｙ１、ｙ２、、、、ｙｍ）を有している。各第２電極１５ａは、複数の菱形電極３１と、この菱形電極３１同士を図中横方向（Ｘ方向）に接続する複数の接続配線３３とを備えている。複数の第１電極１３ａと複数の第２電極１５ａは、平面視で複数の交点を形成している。第３電極パターン１７は、前述したように弾性体９と第２絶縁体１１との間に全面的に形成されており、全面電極１７ａを構成している。第３電極パターンはメッシュ状であってもよい。
第１電極１３ａ同士に隙間が確保されており、さらに、第２電極１５ａ同士の間に隙間が確保されている。

図５に示すように、平面視において、菱形電極２１と菱形電極３１との配置関係は相補的である。つまり、菱形電極２１をマトリクス状に配列する場合に生じる菱形形状の隙間を埋めるように、複数の菱形電極３１は配列されている。言い換えると、複数の第１電極１３ａ（ｘ０、ｘ１、ｘ２、、、、ｘｎ）及び複数の第２電極１５ａ（ｙ０、ｙ１、ｙ２、、、、ｙｍ）は、入力面側からも第３電極パターン１７側からも大部分が露見されている。なお、図５は、第１電極パターンと第２電極パターンを重ね合わせた状態の概略平面図である。

以上に述べたようにＸ方向電極及びＹ方向電極が平面視して交点を形作るように配置されているので、交点の相互容量を測定することによって、指の接触位置とその押圧力が検出できる。つまり、指が第１電極１３ａおよび第２電極１５ａに近づくと、接触位置に近い交点の相互容量が変化し、さらに押圧によっても、弾性体が変形し第１電極１３ａおよび第２電極１５ａが第３電極パターン１７に近づくことでその交点の相互容量が変化するので、それを検出することで指の接触位置とその押圧力が検出できる。なお、交点の相互容量とは、第１電極１３ａのうち任意の１つの電極ｘｉと第２電極１５ａのうち任意の１つの電極ｙｉの間の静電容量のことである。

絶縁体として用いられる基材フィルムの材料としては、透明性を有するポリエステル（ＰＥＴ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアクリル（ＰＡＣ）、ノルボルネン系の熱可塑性透明樹脂などのフィルム、又はそれらの積層体などが用いられる。シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）も利用可能である。なお、絶縁体は不透明であってもよい。
基材フィルムの厚さは、通常、各フィルムの単独厚で２０μｍ以上、各フィルムの合計厚が５００μｍ以下とされている。単独厚が２０μｍに満たないとフィルム製造時のハンドリングが難しく、合計厚が５００μｍを超えると透光性が低下するからである。

第１電極パターン１３、第２電極パターン１５及び第３電極パターン１７の材料としては、８０％以上の光線透過率（透光性）及び数ｍΩから数百Ωの表面抵抗値（導電性）を示すことが好ましく、例えば、酸化インジウム、酸化錫、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、錫アンチモン酸等の金属酸化物や、金、銀、銅、白金、パラジウム、アルミニウム、ロジウム等の金属などで成膜することができる。これらの材料からなる第１電極パターン１３及び第２電極パターン１５の形成方法としては、スパッタ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法等のＰＶＤ法、あるいはＣＶＤ法、塗工法等で透明導電膜を形成した後にエッチングによりパターニングする方法や、印刷法等がある。

弾性体９の弾性率は、０．００１ＭＰa〜１０ＭＰaの範囲にあることが好ましい。
弾性体９の材料は、シリコーン、ポリウレタンであってもよい。
弾性体９の厚みは、１０μm〜２０００μmの範囲にあることが好ましく、５０μm〜１０００μmの範囲にあることがさらに好ましい。

（２）タッチパネル装置の制御構成
図６を用いて、タッチパネル装置３の制御構成を説明する。図６は、タッチパネル装置の制御構成図である。
タッチパネル装置３は、静電容量検出回路５１を有している。静電容量検出回路５１には、複数の第１電極１３ａ（ｘ０、ｘ１、ｘ２、、、、ｘｎ）及び複数の第２電極１５ａ（ｙ０、ｙ１、ｙ２、、、、ｙｍ）が接続されている。これにより、静電容量検出回路５１は、第１電極パターン１３と第２電極パターン１５の交点の相互容量を検出可能である。具体的には、静電容量検出回路５１は、複数の第１電極１３ａを送信電極として電圧パルスを順次印加し、複数の第２電極１５ａを受信電極として受信強度を測定することにすることで、各電極交点における相互容量の変化を検出する。その後、静電容量検出回路５１は、各交点のレベル信号を制御部５５に出力する。

タッチパネル装置３は、インピーダンス回路５３を有している。インピーダンス回路５３は、第３電極パターン１７に接続され、基準電位Ｖ_Ｒと第３電極パターン１７との間のインピーダンスを変更可能である。なお、基準電位Ｖ_Ｒは、グランド（ＧＮＤ）又は他の固定電位である。インピーダンス回路５３の具体例を、図７Ａ（第１例）と図７Ｂ（第２例）を用いて説明する。
図７Ａに示す第１例では、インピーダンス回路５３Ａは、全面電極１７ａと基準電位Ｖ_Ｒとの間に設けられた第１スイッチＳＷ_１を有している。第１スイッチＳＷ_１は、全面電極１７ａと基準電位Ｖ_Ｒを接続（低インピーダンス状態）及び遮断する（高インピーダンス状態）。

図７Ｂに示す第２例では、インピーダンス回路５３Ｂは、基準電位Ｖ_Ｒに並列に接続された第１インピーダンスＺ１と第２インピーダンスＺ２とを有している。インピーダンス回路５３Ｂは、さらに、全面電極１７ａと第１インピーダンスＺ１及び第２インピーダンスＺ２とのの間に設けられた第２スイッチＳＷ_２を有している。第２スイッチＳＷ_２は、全面電極１７ａを第１インピーダンスＺ１（低インピーダンス状態）に接続した状態と第２インピーダンスＺ２（高インピーダンス状態）に接続した状態との間で接続を切り替える。つまり、全面電極１７ａと基準電位Ｖ_Ｒとの間に接続されるインピーダンスが変更可能になっている。なお、この実施例では、第１インピーダンスＺ１の値が十分に小さいことが望ましく、第２インピーダンスＺ２の値が第１インピーダンスＺ１の値に比べて十分に大きいことが望ましい。
なお、第１スイッチ及び第２スイッチは、例えば、トランジスタ、アナログスイッチ、リレー、トライアック、サイリスタなどによって実現される。

タッチパネル装置３は、制御部５５を有している。制御部５５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するコンピュータである。制御部５５には、静電容量検出回路５１とインピーダンス回路５３が接続されている。制御部５５は、静電容量検出回路５１による静電容量の検出タイミングと、インピーダンス回路５３の切り替えタイミングとを制御する。
制御部５５は、押圧位置算出回路６１を有している。押圧位置算出回路６１は、静電容量検出回路５１からの各交点における相互容量の変化を示すレベル信号に基づいて、押圧位置を算出する装置である。押圧位置の算出技術は公知であるので、説明を省略する。

制御部５５は、押圧力算出回路６３を有している。押圧力算出回路６３は、静電容量検出回路５１からの各交点における相互容量の変化を示すレベル信号に基づいて、押圧力を算出する。本実施形態の特徴としては、押圧力算出回路６３は、インピーダンス回路５３が高インピーダンスの場合の静電容量と、インピーダンス回路５３が低インピーダンスの場合の静電容量とを用いた演算によって、交点における押圧力を算出する。これについては後に詳細に説明する。
制御部５５は、インピーダンス変更制御回路６５を有している。インピーダンス変更制御回路６５は、インピーダンス回路５３のインピーダンスを高低２段階に変更する。

制御部５５は、メモリ６７を有している。メモリ６７は、プログラム及びデータを保存可能な装置である。なお、メモリ６７は制御部５５以外の装置に存在してもよい。
押圧位置算出回路６１、押圧力算出回路６３及びインピーダンス変更制御回路６５は、例えば、制御部５５におけるプログラムの実行によって実現される機能である。また、これらは独立したＩＣ等のハードウェアによって実現されてもよい。

以下、タッチパネル装置３のタッチ検出動作を概略的に説明する。
この装置では、例えば指が保護層５を押す（つまり、第１絶縁体７を押す）と、静電容量検出回路５１が、第１電極パターン１３と第２電極パターン１５の交点に発生する静電容量を検出する。これにより、押圧位置算出回路６１が押圧位置を検出する。

また、インピーダンス変更制御回路６５が、インピーダンス回路５３のインピーダンスを高低２段階に変更し、さらに、押圧力算出回路６３が、インピーダンス回路５３が高インピーダンスの場合の静電容量と、インピーダンス回路５３が低インピーダンスの場合の静電容量とを用いた演算によって、押圧力を算出する。
この結果、押圧力検出機能を有するタッチパネル装置３において、簡単な構造によって小さな押圧力でもタッチされた位置を検出可能になる。

静電容量検出回路５１による静電容量を検出する動作は、インピーダンス回路５３が高インピーダンスの状態で各交点の静電容量を検出する第１測定ステップと、インピーダンス回路５３が低インピーダンスの状態で各交点の静電容量を検出する第２測定ステップとを含んでいてもよい。押圧力算出回路６３による押圧力を算出する動作は、第１測定ステップ及び第２測定ステップの終了後に、行われる。
この装置では、押圧力算出回路６３による押圧力を算出する動作は、上記の第１測定ステップ及び第２測定ステップの後に行われるので、演算効率が良くなる。

（３）交点における相互容量の変化原理
図８、図９及び図１０を用いて、第１電極１３ａの１つである電極ｘｉにおける相互容量Ｃ１_ｉｊと（０＜＝ｉ＜＝ｎ，０＜＝ｊ＜＝ｍ）第２電極１５ａの１つである電極ｙｊにおける相互容量Ｃ２_ｉｊ（０＜＝ｉ＜＝ｎ，０＜＝ｊ＜＝ｍ）が、指の接触や押し込みよる弾性体９の変形によってどのように変化するかを模式的に説明する。図８〜図１０は、タッチパネルにおける電気力線を示す概略断面図である。

図８に示すように、タッチパネル装置３に指が触れていない状態でのＣ１_ｉｊとＣ２_ｉｊをそれぞれ、Ｃ１^ＲＥＦ _ｉｊとＣ２^ＲＥＦ _ｉｊと表現する。これらの値は、タッチパネル装置３を含む電子機器の電源がＯＮになった直後など明らかにタッチが無い状態で測定して、制御部５５のメモリ６７に記憶されている。
なお、ここでは、電極ｘｉ及び電極ｙｊからの電気力線が第２電極パターン１５を覆って、第３電極パターン１７まで伸びていることが重要である。そのような現象を可能にするためには、第２電極パターン１５の第２電極１５ａ同士の間の複数の隙間に第１電極パターンの少なくとも一部が存在するように構成することが必要である。

図９に示すように、指が例えば保護層５に触れると指が電気力線を遮る分だけ、相互容量Ｃ１_ｉｊと相互容量Ｃ２_ｉｊは変化する。指が保護層５に軽く触れた状態で弾性体９の変形が生じていない場合は、変化量はインピーダンス回路５３に関係ないので、相互容量Ｃ１_ｉｊと相互容量Ｃ２_ｉｊは同じ量だけ変化する。その変化量をΔＣ^ＦＮＧ _ｉｊとすると、この時の各交点の相互容量Ｃ１^Ａ _ｉｊとＣ２^Ａ _ｉｊは、下記のように表現される。
Ｃ１^Ａ _ｉｊ＝Ｃ１^ＲＥＦ _ｉｊ＋ΔＣ^ＦＮＧ _ｉｊ・・・・（式１）
Ｃ２^Ａ _ｉｊ＝Ｃ２^ＲＥＦ _ｉｊ＋ΔＣ^ＦＮＧ _ｉｊ・・・・（式２）
となる。

図１０に示すように、指が保護層５を強く押し込んだ場合は、その力に応じて弾性体９が変形し、電極ｘｉと電極ｙｊは第３電極パターン１７（全面電極１７ａ）に近づくことによって、さらに相互容量が変化する。変化量は、インピーダンス回路５３の第１スイッチＳＷ_１及び第２スイッチＳＷ_２が低インピーダンス状態又は高インピーダンス状態を実現している場合に、低インピーダンス状態の場合をΔＣ１^ＦＳ _ｊｊと高インピーダンス状態の場合をΔＣ２^ＦＳ _ｉｊとおく。この変化量は、全面電極１７ａのインピーダンス状態（図７Ａの第１例では基準電位Ｖ_Ｒに接続されるか又はされないかであり、図７Ｂの第２例では第１インピーダンスＺ１に接続されるか又は第２インピーダンスＺ２に接続されるかである）によって、互いに異なる値になる。そして、この時の各交点の相互容量Ｃ１^Ｂ _ｉｊとＣ２^Ｂ _ｉｊは、以下のように表される。

Ｃ１^Ｂ _ｉｊ＝Ｃ１^ＲＥＦ _ｉｊ＋ΔＣ^ＦＮＧ _ｉｊ＋ΔＣ１^ＦＳ _ｉｊ・・・・・・・（式３）
Ｃ２^Ｂ _ｉｊ＝Ｃ２^ＲＥＦ _ｉｊ＋ΔＣ^ＦＮＧ _ｉｊ＋ΔＣ２^ＦＳ _ｉｊ・・・・・・・（式４）
このとき、Ｃ２^Ｂ _ｉｊ−Ｃ１^Ｂ _ｉｊを計算すると、下記のようになる。
Ｃ２^Ｂ _ｉｊ−Ｃ１^Ｂ _ｉｊ＝Ｃ１^ＲＥＦ _ｉｊ−Ｃ２^ＲＥＦ _ｉｊ＋ΔＣ２^ＦＳ _ｉｊ−ΔＣ１^ＦＳ _ｉｊ
・・・・（式５）

ここで、Ｃ１^ＲＥＦ _ｉｊ−Ｃ２^ＲＥＦ _ｉｊは一定値である。また、ΔＣ１^ＦＳ _ｉｊは、基準電位Ｖ_Ｒに接続されているので負の値であり、押圧力が大きい（つまり、変形が大きい）と一意的に絶対値が大きくなる。ΔＣ２^ＦＳ _ｉｊは、ΔＣ１^ＦＳ _ｉｊよりも正に大きい値であり、押圧力が大きくなる（つまり、変形が大きくなる）と、一意的に絶対値が大きくなる。つまり、ΔＣ２^ＦＳ _ｉｊ−ΔＣ１^ＦＳ _ｉｊは、押圧力が大きくなる（つまり、変形が大きくなる）と、一意的に大きくなる。よって、Ｃ２^Ｂ _ｉｊ−Ｃ１^Ｂ _ｉｊを用いて、押圧力を検出できる。
このように、押圧力が小さい時は、式１または式２に示す通り、Ｃ１^Ａ _ｉｊまたはＣ２^Ａ _ｉｊの検出により、押圧位置が検出でき、押圧力が十分大きいときは、式５から、Ｃ２^Ｂ _ｉｊ−Ｃ１^Ｂ _ｉｊの計算により、押圧力をさらに検出できると言える。

（４）押圧位置及び押圧力の検出制御図１１を用いて、静電容量検出回路５１、制御部５５によるタッチパネル１のタッチ検出制御動作を説明する。図１１は、タッチパネル装置の制御動作を示すフローチャートである。
最初に、制御部５５は、静電容量検出回路５１からのレベル信号に基づいて、タッチの有無を判断する（ステップＳ１）。

タッチされたと判断されれば（ステップＳ１でＹｅｓ）、インピーダンス変更制御回路６５が、インピーダンス回路５３Ａを低インピーダンス状態にする（ステップＳ２）。具体的には、図７Ａの第１例では、第１スイッチＳＷ_１によって全面電極１７ａが基準電位Ｖ_Ｒに接続される。図７Ｂの第２例では、第２スイッチＳＷ_２によって、全面電極１７ａが第１インピーダンスＺ１に接続される。
このようにインピーダンス回路５３を低インピーダンス状態にしつつ、静電容量検出回路５１が、各交点の相互容量Ｃ１_ｉｊを測定する（ステップＳ３）。各交点の相互容量Ｃ２_ｉｊの値は、制御部５５のメモリ６７に保存される。

次に、インピーダンス変更制御回路６５が、インピーダンス回路５３を高インピーダンス状態にする（ステップＳ４）。具体的には、図７Ａの第１例では、第１スイッチＳＷ_１によって全面電極１７ａが基準電位Ｖ_ＲからＯＦＦされる。図７Ｂの第２例では、第２スイッチＳＷ_２によって、全面電極１７ａが第２インピーダンスＺ２に接続される。
このようにインピーダンス回路５３を高インピーダンス状態にしつつ、静電容量検出回路５１が、各交点の相互容量Ｃ２_ｉｊを測定する（ステップＳ５）。各交点の相互容量Ｃ１_ｉｊの値は、制御部５５のメモリ６７に保存される。
各交点の相互容量Ｃ１_ｉｊの値とＣ２_ｉｊの検出の順序は前記実施例に限定されない。

次に、押圧力算出回路６３が、各交点の相互容量Ｃ１_ｉｊ及び相互容量Ｃ２_ｉｊを用いて、各交点に関する演算を行う（ステップＳ６）。これにより、各交点での演算結果が得られる。
最後に、制御部５５は、押圧位置算出回路６１及び押圧力算出回路６３によって、タッチの押圧位置及び押圧力をそれぞれ決定する（ステップＳ７）。

図１２を用いて、ステップＳ３の各交点の容量値測定制御を説明する。図１２は、各交点の静電容量値測定動作を示すフローチャートである。
最初に、ある交点の相互容量Ｃ１_ｉｊを測定する（ステップＳ１１）。具体的には、静電容量検出回路５１が、第１電極１３ａの１本にパルス信号を入力し、その状態で第２電極１５ａの１本からの信号を検出する。

検出された相互容量Ｃ１_ｉｊの値は、制御部５５に送られて、メモリ６７に保存される（ステップＳ１２）。
次に、全ての交点で相互容量が検出されたか否かが判定される（ステップＳ１３）。相互容量が検出されていない交点があれば（ステップＳ１３でＮｏ）、プロセスはステップＳ１１に戻る。全ての交点で相互容量が測定されれば（ステップＳ１３でＹｅｓ）、プロセスは終了する。

図１３を用いて、ステップＳ５の各交点の容量値測定制御を説明する。図１３は、各交点の静電容量値測定動作を示すフローチャートである。
最初に、ある交点の相互容量Ｃ２_ｉｊを測定する（ステップＳ１４）。具体的には、静電容量検出回路５１が、第１電極１３ａの１本にパルス信号を入力し、その状態で第２電極１５ａの１本からの信号を検出する。

検出された相互容量Ｃ２_ｉｊの値は、制御部５５に送られて、メモリ６７に保存される（ステップＳ１５）。
次に、全ての交点で相互容量が検出されたか否かが判定される（ステップＳ１６）。相互容量が検出されていない交点があれば（ステップＳ１６でＮｏ）、プロセスはステップＳ１４に戻る。全ての交点で相互容量が測定されれば（ステップＳ１６でＹｅｓ）、プロセスは終了する。

図１４を用いて、図１１のステップＳ６である測定値の演算を詳細に説明する。図１４は、測定値の演算動作を示すフローチャートである。
最初に、押圧力算出回路６３が、ある交点の相互容量Ｃ２_ｉｊから相互容量Ｃ１_ｉｊを引く計算を行う（ステップＳ１７）。
次に、押圧力算出回路６３が、その結果をメモリ６７に保存する（ステップＳ１８）。
全ての交点について演算が行われたか否かを判断する（ステップＳ１９）。演算が行われていない交点があれば（ステップＳ１９でＮｏ）、プロセスはステップＳ１７に戻る。全ての交点について演算が行われれば（ステップＳ１９でＹｅｓ）、プロセスは終了する。

（５）実施例
保護層をガラス、弾性体の弾性係数を０．０１ＭＰａとした場合の条件で、ＦＥＭシミュレーションを行った。具体的には、ガラス面中央を０〜４Ｎで押圧し、押圧箇所に交点を有するＸ方向電極とＹ方向電極と間の容量の変化を算出した。以下、その結果を図１５を用いて説明する。図１５は、実施例のシミュレーション結果を示す表である。
図１５に示すように、押圧力が大きくなるにつれて、Ｃ１_ｉｊが小さくなり、逆にＣ２_ｉｊが大きくなり、その結果、Ｃ２_ｉｊ−Ｃ１_ｉｊが大きくなっていく。このようにして、Ｃ２_ｉｊ−Ｃ１_ｉｊの演算により押圧力を算出できる。

２．第２実施形態
第１実施形態では、第２実施形態の２回目の交点の容量値を測定する際に全ての交点について測定を行ったが、本発明はその実施形態に限定されない。
図１６を用いて、第２実施形態の２回目の交点の容量値を測定する方法を説明する。図１６は、第２実施形態における、タッチパネル装置の制御動作を示すフローチャートである。

静電容量検出回路５１は、第１測定ステップ及び第２測定ステップのうち先に実行したステップの結果に基づいて、後に実行するステップにおいて測定を行う交点を選択する。
具体的には、先に実行する実行するステップである図１６のステップＳ３の後に、次の測定を行う交点を選択する（ステップＳ１０）。これは、先の測定結果に基づいて後の測定が必要な交点を選択することを意味する。つまり、押圧点では無いことが明らかな交点は、後の測定の対象とはしない。具体的には、例えば、押圧位置の可能性がある又は押圧位置に関連がある交点のみが選択される。
この結果、後に実行する測定ステップであるステップＳ５において測定を行う交点の数が少なくなるので、静電容量検出の動作及び時間が短くなる。

３．第３実施形態
第２絶縁体は、画像表示面の偏光板からなっていてもよい。
第３実施形態では、図１７に示すように、表示部７１（液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイなど）の表面には偏光板７３が設けられており、偏光板７３が第１実施形態の第２絶縁体として機能している。図１７は、第３実施形態における、タッチパネルの概略断面図である。
この装置では、部品点数が少なくなり、それにより構造が簡単になる。

４．他の実施形態
以上、本発明の一又は複数の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
第１電極パターン及び第２電極パターンは前述のダイヤモンドパターンに限定されず、静電容量方式のタッチパネルを実現する公知のパターンを使用可能である。例えば、三角形、四角形等の他の形状の電極を用いて用いてもよい。

各層の積層順序及び他の層の有無は、前記実施形態に限定されない。第１電極パターン及び第２電極パターンはそれぞれ別の基材フィルムに設けられてもよい。また、必要に応じて他の層が設けられてもよい。
各層の材料及び厚みは、前記実施形態に限定されない。
制御構成は前記実施形態に限定されない。
制御フローチャートは前記実施形態に限定されない。具体的には、複数のステップの順序及び有無は特に限定されない。特に、前後して説明されたステップは、すべて同時に又は一部同時に行われてもよい。

本発明は、タッチパネル装置、特に、押圧力検出機能を有するタッチパネル装置に広く適用できる。

１：タッチパネル
３：タッチパネル装置
７：第１絶縁体
９：弾性体
１１：第２絶縁体
１３：第１電極パターン
１３ａ：第１電極
１５：第２電極パターン
１５ａ：第２電極
１７：第３電極パターン
５１：静電容量検出回路
５３：インピーダンス回路
５５：制御部
６１：押圧位置算出回路
６３：押圧力算出回路
６５：インピーダンス変更制御回路
６７：メモリ
７１：表示部
７３：偏光板

Claims

積層して設けられた第１絶縁体及び第２絶縁体と、
前記第１絶縁体と前記第２絶縁体との間に設けられ、前記第１絶縁体及び前記第２絶縁体のそれぞれより剛性が低い弾性体と、
前記第１絶縁体の前記第２絶縁体との反対側の面に設けられた、複数の第１電極を有する第１電極パターンと、
前記第１絶縁体と前記弾性体との間に設けられた、前記複数の第１電極に対して平面視で複数の交点を形成するように形成された複数の第２電極を有する第２電極パターンと、
前記弾性体と前記第２絶縁体との間に全面的に設けられた、第３電極パターンと、
前記第３電極パターンに接続され、基準電位と前記第３電極パターンとの間のインピーダンスを変更可能なインピーダンス回路と、
前記インピーダンス回路のインピーダンスを高低２段階に変更するインピーダンス変更制御回路と、
前記第１電極パターンと前記第２電極パターンの交点に発生する静電容量を検出する静電容量検出回路と、
前記インピーダンス回路が高インピーダンスの場合の前記静電容量と、前記インピーダンス回路が低インピーダンスの場合の前記静電容量とを用いた演算によって、前記交点における前記押圧力を算出する押圧力算出回路と、
を備えた押圧力を検出可能なタッチパネル装置。
前記静電容量検出回路による前記静電容量を測定する動作は、前記インピーダンス回路が高インピーダンスの状態で各交点の静電容量を測定する第１測定ステップと、前記インピーダンス回路が低インピーダンスの状態で各交点の静電容量を測定する第２測定ステップとを含み、
前記押圧力算出回路による前記押圧力を算出する動作は、前記第１測定ステップ及び前記第２測定ステップの終了後に、行われる、請求項１に記載のタッチパネル装置。
前記静電容量検出回路は、前記第１測定ステップ及び前記第２測定ステップのうち先に実行したステップの結果に基づいて、後に実行するステップにおいて測定を行う交点を選択する、請求項２に記載のタッチパネル装置。
前記第２絶縁体は、画像表示面の偏光板からなる、請求項１〜３のいずれかに記載のタッチパネル装置。