(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電容量方式のタッチパネルを備える表示装置において、
前記静電容量方式のタッチパネルは、複数のＸ電極と、複数のＹ電極と、Ｚ電極とを有し、
前記Ｘ電極と前記Ｙ電極は、第１の絶縁層を介して互いに交差しており、それぞれ、延在方向にパッド部と細線部とが交互に並ぶようにして形成され、平面的に観た場合に、前記Ｘ電極のパッド部と前記Ｙ電極のパッド部は重畳することなく配置され、
前記Ｚ電極は、電気的にフローティングであり、平面的に観た場合に、隣接する前記Ｘ電極と前記Ｙ電極の両方に重畳するように、第２の絶縁層を介して形成されており、
前記Ｘ電極またはＹ電極の一方の電極に順次パルス信号を印加し、他方の電極から信号を検出し、前記複数のＸ電極と前記複数のＹ電極のそれぞれの交点の電極間容量を測定する測定部と、
前記測定部で測定された前記複数のＸ電極と前記複数のＹ電極のそれぞれの交点毎の電極間容量値を格納する記憶部と、
前記記憶部に格納された各交点毎の電極間容量値の中で、周囲４つの交点の電極間容量値以下の電極間容量値を持つ交点である極小点、および、前記記憶部に格納された各交点毎の電極間容量値の中で、周囲４つの交点の電極間容量値以上の電極間容量値を持つ交点である極大点に基づき、前記静電容量方式のタッチパネル上のタッチ位置を演算し、
前記タッチ位置を前記極小点に基づき演算した場合に、前記静電容量方式のタッチパネルを人の指、あるいは導電性のペンでタッチし、かつ、前記タッチ位置を前記極大点に基づき演算した場合に、前記静電容量方式のタッチパネルを絶縁性のペンでタッチしたと判断する制御部とを有し、
前記第２の絶縁層は、押圧により厚さが変化する空気層であり、
前記記憶部は、タッチ位置と、タッチ種別を管理するタッチ状態管理表を有し、
前記タッチ状態管理表には、前記極大点に基づき演算されたタッチ位置が、人の指、あるいは導電性のペンでタッチされたかが記憶されており、前記タッチ状態管理表に記憶されているタッチ位置の種別が、人の指である場合に、前記タッチ位置を前記極大点に基づき演算した場合であっても、人の指でタッチしたと判断することを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記記憶部に格納された各交点毎の電極間容量値中で、前記極小点を開始点として、順次４方向に隣接する交点を探索し、当該探索した交点が、現時点の交点の電極間容量値よりも所定の閾値以上の電極間容量値を持つ場合に、領域に加えてタッチ領域を抽出し、
当該タッチ領域内の各交点の電極間容量値に基づき、前記静電容量方式のタッチパネル上のタッチ位置を演算することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記記憶部は、信号値を記憶し、
前記制御部は、前記タッチ領域を抽出した後に、当該タッチ領域内の各交点の電極間容量値を、前記タッチ領域周辺の各交点の電極間容量値を基準として差分値を求め、さらに、求めた差分値に対して符号の反転を行い、信号値を求め、当該信号値を前記記憶部に記憶し、
前記タッチ領域内の前記信号値の最大値が、閾値以上の場合、「タッチあり」と判定し、記静電容量方式のタッチパネル上のタッチ位置を演算することを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記記憶部に格納された各交点の電極間容量値中で、前記極大点を開始点として、順次４方向に隣接する交点を探索し、当該探索した交点が、現時点の交点の電極間容量値よりも所定の閾値以下の電極間容量値を持つ場合に、領域に加えてタッチ領域を抽出し、
当該タッチ領域内の電極間容量値に基づき、前記静電容量方式のタッチパネル上のタッチ位置を演算することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項５】
前記記憶部は、信号値を記憶し、
前記制御部は、前記タッチ領域を抽出した後に、当該タッチ領域内の各交点の電極間容量値を、前記タッチ領域周辺の交点の電極間容量値を基準として差分値を求め、当該差分値を前記信号値として前記記憶部に記憶し、
前記タッチ領域内の交点の前記信号値の最大値が、閾値以上の場合、「タッチあり」と判定し、記静電容量方式のタッチパネル上のタッチ位置を演算することを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量方式のタッチパネルを有する表示装置に係わり、特に、静電容量方式のタッチパネルの座標検出精度の高精度化に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
表示画面に使用者の指またはペンなどを用いてタッチ操作（接触押圧操作、以下、単にタッチと称する）して情報を入力する装置（以下、タッチセンサ又はタッチパネルとも称する）を備えた表示装置は、ＰＤＡや携帯端末などのモバイル用電子機器、各種の家電製品、現金自動預け払い機（Automated Teller Machine）等に用いられている。このようなタッチパネルとして、タッチされた部分の抵抗値変化を検出する抵抗膜方式、あるいは容量変化を検出する静電容量方式、または光量変化を検出する光センサ方式などが知られている。
静電容量方式のタッチパネルとしては、例えば、下記特許文献１で開示されているような方式がある。この開示された方式では、縦横二次元マトリクス状に配置した検出用縦方向の電極（Ｘ電極）と検出用横方向の電極（Ｙ電極）とを設け、入力処理部で各電極の容量を検出する。タッチパネルの表面に指などの導体が接触した場合には、各電極の容量が増加するため、入力処理部でこれを検知し、各電極が検知した容量変化の信号を基に入力座標を計算する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００３−５１１７９９号公報
【０００４】
【特許文献２】特開平８−１７９８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、静電容量方式のタッチパネルは、上記特許文献１のように検出用の各電極の容量変化を検出して入力座標を検出するため、入力手段としては導電性のある物質が前提となる。そのため、抵抗膜式などで使用されている導電性の無い樹脂製スタイラスなどを静電容量方式のタッチパネルに接触させた場合には、電極の容量変化がほとんど発生しないため、入力座標を検出できないという課題がある。
そのため、前述の特許文献２には、タッチパネルとデジタイザを兼ねた入力装置で、指および専用ペンによるタッチ操作を可能としたタッチパネル兼用透明デジタイザが開示されている。
この特許文献２に記載された装置は、指によるタッチとペンによるタッチが識別可能であるが、装置が複雑、且つ、高コストであるばかりか、ペンはデジタイザ用の専用ペンを用いる必要があり、通常の樹脂ペンや金属ペンでは操作できない。
一方、本発明者らは、静電容量方式のタッチパネルを人の指、あるいは導電性のペンでタッチした時と、絶縁性のペンでタッチした時とでは、検出される信号の特性が異なることを見出した。
本発明は、前記知見に基づいて成されたものであり、本発明の目的は、静電容量結合方式のタッチパネルを備える表示装置において、指、あるいは、導電性ペンによるタッチと、樹脂製スタイラスなどの絶縁性ペンによるタッチとを識別可能とするとともに、タッチ位置の検出精度を向上させることが可能となる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
前述の課題の解決を実現するため本発明では、複数のＸ電極と、複数のＹ電極と、Ｘ電極とＹ電極の両方に重なったＺ電極を備えた静電容量方式のタッチパネルを用いる。この静電容量方式のタッチパネルにおいて、Ｚ電極は電気的にフローティングであり、平面的に観た場合に、隣接する前記Ｘ電極と前記Ｙ電極の両方に重畳するように形成される。タッチにより、Ｚ電極が弾性変形することで、Ｘ電極およびＹ電極の両方とＺ電極との間隔が変化し、Ｚ電極介してＸ電極とＹ電極間の合成容量値が変化する。この場合に、指によるタッチと、樹脂製スタイラスなどのペンによるタッチとでは、異なる極性の信号が検出される。この信号を検出し、指によるタッチと、樹脂製スタイラスなどのペンによるタッチとを識別する。
具体的には、前記Ｘ電極またはＹ電極の一方の電極に順次パルス信号を印加し、他方の電極から信号を検出して、前記複数のＸ電極と前記複数のＹ電極のそれぞれの交点の電極間容量を測定し、前記測定された前記複数のＸ電極と前記複数のＹ電極のそれぞれの交点毎の電極間容量値の中で、周囲４つの交点の電極間容量値以下の電極間容量値を持つ交点である極小点、および、前記測定された前記複数のＸ電極と前記複数のＹ電極のそれぞれの交点毎の電極間容量値の中で、周囲４つの交点の電極間容量値以上の電極間容量値を持つ交点である極大点に基づき、前記静電容量方式のタッチパネル上のタッチ位置を演算し、前記タッチ位置を前記極小点に基づき演算した場合に、前記静電容量方式のタッチパネルを人の指、あるいは導電性のペンでタッチし、かつ、前記タッチ位置を前記極大点に基づき演算した場合に、前記静電容量方式のタッチパネルを絶縁性のペンでタッチしたと判断する。
【発明の効果】
【０００７】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明によれば、静電容量結合方式のタッチパネルを備える表示装置において、指、あるいは、導電性ペンによるタッチと、樹脂製スタイラスなどの絶縁性ペンによるタッチとが識別可能となるとともに、タッチ位置の検出精度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例１のタッチパネル装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例１のタッチパネル１の断面構造を示す概略断面図である。
【図３】図２の構成において、タッチパネル１をタッチしていない時（非タッチ時）の電気力線の状態を示す図である。
【図４】図２の構成において、ペン（例えば、樹脂製スタイラス）でタッチパネル１をタッチした時の電気力線の状態を示す図である。
【図５】図２の構成において、指でタッチパネルをタッチした時の電気力線の状態を示す図である。
【図６】本発明の実施例１のタッチパネルのタッチ点における測定値の変化を時系列で示すグラフである。
【図７】本発明の実施例１のタッチパネル装置における、タッチ検出処理の手順を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施例１のタッチパネルを、ペンでタッチした時の、ある範囲の電極交点の測定値および信号値を示すグラフである。
【図９】本発明の実施例１のタッチパネルを、ペンでタッチした時の、図７のステップＳ４の処理内容を説明するための図である。
【図１０】図７のステップＳ５の処理内容を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施例１のタッチパネルを、指タッチ（弱いタッチ、押込みなし）でタッチした時の、ある範囲の電極交点に測定値および信号値を示すグラフである。
【図１２】本発明の実施例１のタッチパネルを、指タッチ（弱いタッチ、押込みなし）でタッチした時の、図７のステップＳ２の処理内容を説明するための図である。
【図１３】本発明の実施例１のタッチパネルを、指タッチ（弱いタッチ、押込みなし）でタッチした時の、図７のステップＳ３の処理内容を説明するための図である。
【図１４】本発明の実施例１のタッチパネルを、指タッチ（強いタッチ、押込みあり）でタッチした時の測定値および信号値を示すグラフである。
【図１５】本発明の実施例１のタッチパネルを、指タッチ（強いタッチ、最大押込み）した時の測定値および信号値を示すグラフである。
【図１６】図１に示す静電容量方式のタッチパネルの電極パターンを示す平面図である。
【図１７】図１６のＡ−Ａ’線に沿った断面構造を示す断面図である。
【図１８】図１６のＢ−Ｂ’線に沿った断面構造を示す断面図である。
【図１９】図１に示す静電容量方式のタッチパネルの他の例の断面構造を示す断面図であり、図１６のＡ−Ａ’線に沿った断面構造を示す断面図である。
【図２０】図１に示す静電容量方式のタッチパネルの他の例の断面構造を示す断面図であり、図１６のＢ−Ｂ’線に沿った断面構造を示す断面図である。
【図２１】図１に示す静電容量方式のタッチパネルの他の例の断面構造を示す断面図であり、図１６のＡ−Ａ’線に沿った断面構造を示す断面図である。
【図２２】図１に示す静電容量方式のタッチパネルの他の例の断面構造を示す断面図であり、図１６のＢ−Ｂ’線に沿った断面構造を示す断面図である。
【図２３】本発明の実施例２の入力装置を備えた表示装置の概略構成図である。
【図２４】本発明の実施例２の入力装置の電極の概略平面図である。
【図２５】本発明の実施例２の入力装置の電極部の概略断面図である。
【図２６】本発明の実施例２の入力装置の概略回路図である
【図２７】本発明の実施例２の入力装置の電極部の概略断面図である。
【図２８】本発明の実施例２の入力装置の電極部の概略断面図である。
【図２９】本発明の実施例２の入力装置の電極部の検出強度を示す概略平面図である。
【図３０】本発明の実施例２の入力装置の電極部の概略断面図である。
【図３１】本発明の実施例２の入力装置の電極部の概略断面図である。
【図３２】本発明の実施例２の入力装置の電極部の概略断面図である。
【図３３】本発明の実施例２の入力装置の電極部の概略断面図である。
【図３４】本発明の実施例２の入力装置の電極部の概略断面図である。
【図３５】本発明の実施例２の入力装置の電極部の概略断面図である。
【図３６】本発明の実施例２の入力装置の電極部の検出強度を示す概略平面図である。
【図３７】本発明の実施例２の入力装置の電極部の製造方法を示す概略断面図である。
【図３８】本発明の実施例２の入力装置の電極部の製造方法を示す概略断面図である。
【図３９】本発明の実施例２の入力装置のシール材の製造方法を示す概略構成図である。
【図４０】本発明の実施例２の入力装置のシール材の印刷版を示す概略平面図である。
【図４１】本発明の実施例２の入力装置のシール材を示す概略平面図である。
【図４２】本発明の実施例２の入力装置の製造方法を示す概略断面図である。
【図４３】本発明の実施例２の入力装置の電極部の概略平面図である。
【図４４】本発明の実施例２の入力装置の電極部の概略平面図である。
【図４５】本発明の実施例２の入力装置の電極部の検出強度を示す概略平面図である。
【図４６】本発明の実施例２の入力装置の電極部の検出強度を示す概略平面図である。
【図４７】本発明の実施例２の入力装置の電極部の検出強度を示す概略平面図である。
【図４８】本発明の実施例２の入力装置の検出回路を示す概略回路図である。
【図４９】本発明の実施例２の入力装置の検出回路を示す概略回路図である。
【図５０】本発明の実施例２の入力装置の検出回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図５１】本発明の実施例２の入力装置の検出回路の動作を示す概略図である。
【図５２】本発明の実施例２の入力装置の検出回路の動作を示す概略図である。
【図５３】本発明の実施例２の入力装置の概略平面図である。
【図５４】本発明の実施例２の入力装置の概略平面図である。
【図５５】本発明の実施例２の入力装置の変形例の概略平面図である。
【図５６】本発明の実施例２の入力装置を備えた液晶表示装置を示す概略平面図である。
【図５７】本発明の実施例の入力装置を備えた液晶表示装置を示す概略断面図である。
【図５８】本発明の実施例２の液晶表示パネルを示す概略平面図である。
【図５９】本発明の実施例２の前面パネルを示す概略斜視図である。
【図６０】本発明の実施例２の入力装置を示す概略平面図である。
【図６１】本発明の実施例２の入力装置を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施例は、本発明の特許請求の範囲の解釈を限定するためのものではない。
［実施例］
図１は、本発明の実施例１のタッチパネル装置の全体構成を示すブロック図である。
本実施例のタッチパネル装置は、静電容量方式のタッチパネル１と、容量検出部２と、制御部３と、記憶部４と、バス接続信号線３５とから構成される。
タッチパネル１には、ユーザのタッチを検出するためのセンサ端子である電極パターン（Ｘ電極Ｘ１〜Ｘ５およびＹ電極Ｙ１〜Ｙ５）が形成されている。
Ｘ電極Ｘ１〜Ｘ５およびＹ電極Ｙ１〜Ｙ５は、容量検出部２に接続される。容量検出部２は、Ｘ電極Ｘ１〜Ｘ５を送信電極（駆動電極）として順次パルス印加を行い、Ｙ電極Ｙ１〜Ｙ５を受信電極とすることで、各電極交点における電極間容量（相互容量）を測定する。
制御部３は、前述の各電極交点における電極間容量の測定結果に基づいてタッチ検出を行い、バス接続信号線３５を介して、検出結果をホストへ通知する。
記憶部４は、制御部３がタッチ検出処理を行う上で必要となる作業用データとして、各電極交点毎に、基準値４１と、測定値４２と、信号値４３とを記憶するとともに、タッチ状態管理表４４を格納する。
基準値４１、測定値４２、および信号値４３は、Ｘ電極数を横の要素数、Ｙ電極数を縦の要素数とする二次元配列データである。基準値４１は、非タッチ状態における測定値４２を記録しておくデータである。信号値４３は、タッチ検出処理において測定値４２をもとに算出されるデータである。タッチ状態管理表４４は、タッチ検出結果として各タッチ点のタッチ種別、タッチ圧力、タッチ座標等を格納する表である。この表の内容がホストへ通知される。
【００１０】
図２は、本発明の実施例１のタッチパネル１の断面構造を示す概略断面図である。なお、この図２では、Ｘ電極とＹ電極は、Ｘ電極１４１およびＹ電極１４２で表している。
タッチパネル１は、基板層２５を底面とし、順に電極層２４、額縁２３、電極フィルム２２、保護層２１を積層させた構造を持っている。
電極層２４には、Ｘ電極１４１およびＹ電極１４２を交差させて配置してあるが、図２では、平行に図示している。電極フィルム２２は所定の抵抗値を持つ、フローティング状態の導電性膜である。
電極フィルム２２および保護層２１は弾性を持ち、上面から圧力をかけることで変形（撓む）する。なお、言うまでもないが、本実施例の１のタッチパネル１は、表示パネル（例えば、液晶表示パネル、有機ＥＬ表示パネルなど）上に搭載される。
図３は、図２の構成において、タッチパネル１をタッチしていない時（非タッチ時）の電気力線の状態を示す図である。
図３において、電極駆動時におけるＸ電極１４１（送信側）とＹ電極１４２（受信側）の間の電界を電気力線２６で示しているが、電極フィルム２２は抵抗値を持つため、保護層２１の上方まで漏れ電界が発生している。
図４は、図２の構成において、絶縁性のペン（例えば、樹脂製スタイラス）８５０でタッチパネル１をタッチした時の電気力線の状態を示す図である。
絶縁性のペン８５０によるタッチ時には、電極フィルム２２がたわむことで、電極フィルム２２とＸ電極１４１（およびＹ電極１４２）との間の距離が縮まり、両者の間の容量値が増加する。これにより、Ｘ電極１４１とＹ電極１４２の間の電極間容量値（相互容量値）は増加する。
図５は、図２の構成において、指８６０でタッチパネル１をタッチした時の電気力線の状態を示す図である。
指（擬似接地された導体）８６０がシールドとなり、電気力線２６を妨げている。これにより、Ｘ電極１４１とＹ電極１４２の間の電極間容量値（相互容量値）は減少する。
【００１１】
図６は、本実施例１のタッチパネル１のタッチ点における測定値の変化を時系列で示すグラフである。
図６は、タッチパネル１の任意の電極交点を中心として、非タッチ→タッチ→非タッチという操作を行った際の、その電極交点における相互容量値の変化を示している。
図６において、横軸は時間、縦軸は測定値（電極間容量値（相互容量値）の測定結果をＡＤ変換して得られるデジタル値）である。なお、図６において、Ａの範囲はタッチ状態を、Ａ１の範囲は強いタッチ状態を、Ａ２の範囲は弱いタッチ状態を、Ｂの範囲は非タッチ状態を示す。
図６（ａ）は、絶縁性のペン８５０によるタッチの場合である。図４に示す理由により、タッチにより測定値４２は単純に増加している。
図６（ｂ）は、指８６０によるタッチの場合である。まず「弱いタッチ」（押込みなし）では、図５に示す理由により、測定値４２は減少する。次に、徐々に圧力をかけ、保護層２１を押込んで「強いタッチ」へ移行すると、図５に示す現象よりも、図４に示す現象のほうが支配的となり、測定値４２は非タッチ時の値（＝基準値４１）よりも大きくなる。
以下、圧力を弱め「弱いタッチ」から「非タッチ」へ移行すると、測定値はこれまでと逆の動きを示す。
【００１２】
本実施例のタッチパネル装置は、（１）容量検出→（２）タッチ有無検出→（３）タッチ座標計算（タッチありの場合）という処理サイクルを繰り返す。
図７は、本実施例１のタッチパネル装置における、タッチ検出処理の手順を示すフローチャートである。なお、この処理は、制御部３が実行する。
始めに、極小点があるか否かを判断し（ステップＳ１）、ステップＳ１において、Ｎｏの場合はステップＳ４に進む。
また、ステップＳ１において、Ｙｅｓの場合は、タッチ領域を抽出し（ステップＳ２）、タッチ条件を満たすか否かを判断する（ステップＳ３）。ステップＳ３において、Ｙｅｓの場合は、タッチ状態が指タッチであると判断し（ステップＳ９）、処理を終了する。
ステップＳ３において、Ｎｏの場合は、ステップＳ４に進む。
ステップＳ４では、極大点があるか否かを判断する。ステップＳ４において、Ｎｏの場合は、タッチ状態はタッチ無しであると判断し（ステップＳ７）、処理を終了する。
ステップＳ４において、Ｙｅｓの場合は、タッチ領域を抽出し（ステップＳ５）、タッチ条件を満たすか否かを判断する（ステップＳ６）。
ステップＳ６において、Ｎｏの場合は、ステップＳ７に進み、タッチ状態はタッチ無しであると判断し、処理を終了する。
ステップＳ６において、Ｙｅｓの場合は、記憶部４のタッチ状態管理表４４を参考にして、タッチ状態が指タッチであるか否かを判断し（ステップＳ８）、ステップＳ８において、Ｙｅｓの場合は、ステップＳ９に進み、タッチ状態が指タッチであると判断し、処理を終了する。
ステップＳ８において、Ｎｏの場合は、ステップＳ１０に進み、タッチ状態がペンタッチであると判断し、処理を終了する。
【００１３】
以下、タッチ状態の例を挙げ、タッチ検出処理を説明する。
ここで、タッチ状態例１は、絶縁性のペン８５０でのペンタッチの例であり、非タッチ状態→タッチ状態例１の順で状態が変化したものとする。
また、タッチ状態例２〜４は、指８６０での指タッチの例であり、非タッチ状態→タッチ状態例２→タッチ状態例３→タッチ状態例４の順で状態が変化したものとする。
＜タッチ状態例１＞
図８は、本実施例１のタッチパネル１を、絶縁性のペン８５０でタッチした時の、ある範囲の電極交点の測定値および信号値を示すグラフであり、同図（ａ）は測定値、同図（ｂ）は信号値である。
図９は、本実施例１のタッチパネル１を、絶縁性のペン８５０でタッチした時の、図７のステップＳ４の処理内容を説明するための図である。
前述の極大点とは、測定値４２（二次元配列データ）の中で、周囲４近傍（上下左右）の値以上の値を持つデータ位置である。図９の例では、電極交点（Ｘ３，Ｙ３）が極大点とみなされる。
図１０は、図７のステップＳ５の処理内容を説明するための図である。
タッチ領域の抽出は、図１０の（ａ）〜（ｄ）に示すように、極大点を開始点として、順次４方向に隣接するデータ位置を探索し、現在地から下り勾配の状態で、その測定値の差分が、所定の値（図１０では、１０）以上である場合に領域へ加えていく処理である。
次に、図１０（ｅ）に示すように、測定値に対し、タッチ領域周辺の測定値を基準とする差分値を求める処理を行い、これを、信号値４３として、記憶部４に格納する。
そして、信号値がタッチ条件（最大値が閾値以上等）を満たす場合、ステップＳ６において、「タッチあり」と判定される。
【００１４】
＜タッチ状態例２＞
図１１は、本実施例１のタッチパネル１を、指タッチ（弱いタッチ、押込みなし）でタッチした時の、ある範囲の電極交点に測定値および信号値を示すグラフであり、同図（ａ）は測定値、同図（ｂ）は信号値である。
図１２は、本実施例１のタッチパネル１を、指タッチ（弱いタッチ、押込みなし）でタッチした時の、図７のステップＳ２の処理内容を説明するための図である。
極小点とは、測定値（二次元配列データ）の中で、周囲４近傍（上下左右）の値以下の値を持つデータ位置である。図１２の例では、電極交点（Ｘ３，Ｙ３）が極小点とみなされる。
図１３は、本実施例１のタッチパネル１を、指タッチ（弱いタッチ、押込みなし）でタッチした時の、図７のステップＳ３の処理内容を説明するための図である。
タッチ領域の抽出は、図１３の（ａ）〜（ｃ）に示すように、極小点を開始点として、順次４方向に隣接するデータ位置を探索し、現在地から上り勾配の状態で、その測定値の差分が、所定の値（図１３では、１０）以上である場合に領域へ加えていく処理である。
次に、図１３（ｄ）に示すように、測定値に対し、タッチ領域周辺の測定値を基準とする差分値を求める処理を行い、図１３（ｅ）に示すように、求めた差分値に対して符号の反転を行い、これを信号値４３として記憶部４に格納する。
そして、信号値がタッチ条件（最大値が閾値以上等）を満たす場合、ステップＳ３において、「タッチあり」と判定される。
【００１５】
＜タッチ状態例３＞
図１４は、本実施例１のタッチパネル１を、指タッチ（強いタッチ、押込みあり）でタッチした時の測定値および信号値を示すグラフであり、同図（ａ）は測定値、同図（ｂ）は信号値である。
この場合の図７のステップＳ２の処理内容は、タッチ状態例２と同じである。
＜タッチ状態例４＞
図１５は、本実施例１のタッチパネル１を、指タッチ（強いタッチ、最大押込み）した時の測定値および信号値を示すグラフであり、同図（ａ）は測定値、同図（ｂ）は信号値である。
図１５では、強い圧力の押込みタッチにより、測定値においてタッチ中心部の窪みが消失している。このため、前述したタッチ検出処理において極小点はないものとみなされるが、記憶部４のタッチ状態管理表４４に、今回検出した極大点から所定の範囲内で、前回までに検出したタッチ状態として「指タッチ」であることが記憶されているため、ステップＳ８により、この測定値においても「指タッチ」と判定される。
なお、タッチ状態管理表４４に格納されるタッチ検出結果に、タッチ面積を含めることも考えられる。タッチ面積とは、ステップＳ２またはステップＳ５で抽出されたタッチ領域に含まれる電極交点の数である。図１０ではタッチ面積＝２１、図１３ではタッチ面積＝１３となっている。
タッチ面積を利用することで、ユーザがタッチパネル上に手のひらを置いた場合の容量変化はタッチとみなさない、といった判定が可能となる。具体的には、検出されたタッチのタッチ面積が所定の閾値以上であり、かつ、タッチ種別が指（導電性）である場合に、当該タッチを手のひらによるタッチであると判定し、これをタッチ種別の付加情報として記録し、ホストへ通知する。
これにより、例えばユーザが絶縁性のペン８５０を手に持ち、その手をタッチパネルに置いた状態でペンタッチを行っている状況において、手のひらによるタッチは無効化し、ペンによるタッチのみをタッチ点として検出することが可能となる。また、手のひらによるタッチが検出されている状態においては、検出されている他のすべての指タッチも無効化し、ペンタッチのみを有効とみなしてもよい。
【００１６】
以上説明したように、本実施例では、単一のタッチ検出方式を用いても、指とペン（例えば、樹脂製スタイラス）とで極性の異なる信号が検出されることを利用し、取得した測定データをもとに信号処理を行い、指８６０、あるいは絶縁性のペン（例えば、樹脂製スタイラス）８５０のタッチ種別を検出することが可能となる。
このように、本実施例のタッチパネル装置では、ユーザのタッチ状態を従来よりも詳しく知ることができるので、これにより、タッチパネル搭載機器において使いやすいユーザインタフェースを提供することが可能となる。例えば、検出したタッチが、指の場合、あるいはペン（例えば、樹脂製スタイラス）場合毎に、タッチパネル１が搭載される表示パネル上の色を変更する、あるいは、検出したタッチがペン（例えば、樹脂製スタイラス）場合は、タッチパネル１が搭載される表示パネル上に線を描き、検出したタッチが指の場合、タッチパネル１が搭載される表示パネル上に消しゴムのアイテムを表示し、表示済みの線を消去する等方法が想定される。
【００１７】
図１６は、図１に示す静電容量方式のタッチパネルの電極パターンを示す平面図である。
図１７は、図１６のＡ−Ａ’線に沿った断面構造を示す断面図、図１８は、図１６のＢ−Ｂ’線に沿った断面構造を示す断面図である。
図１に示す静電容量方式のタッチパネルのタッチパネルは、タッチパネル用基板１５の観察者側の面上において、第２の方向（例えばＹ方向）に延在し、第２の方向と交差する第１の方向（例えばＸ方向）に所定の配列ピッチで並設される複数のＸ電極と、この複数のＸ電極と交差して第１の方向に延在し、第２の方向に所定の配列ピッチで並設される複数のＹ電極とを有する。タッチパネル用基板１５としては、例えばガラス等の透明な絶縁性基板が用いられている。
複数のＸ電極の各々は、細線部１ａと、この細線部１ａの幅よりも広い幅のパッド部１ｂとが、第２の方向に交互に複数配置された電極パターンで形成されている。複数のＹ電極の各々は、細線部２ａと、この細線部２ａの幅よりも広い幅のパッド部２ｂとが、第１の方向に交互に複数配置された電極パターンで形成されている。
複数のＹ電極及びＸ電極が配置された領域が入力領域であり、この入力領域の周囲には、図１６に示すように、複数のＹ電極の各々と、複数のＸ電極の各々と電気的に接続される複数の配線６が配置されている。
【００１８】
複数のＸ電極は、タッチパネル用基板１５の観察者側の面上に配置される。複数のＹ電極のパッド部２ｂは、タッチパネル用基板１５の観察者側の面上に、Ｘ電極とは分離して形成されている。
複数のＹ電極の細線部２ａは、タッチパネル用基板１５の観察者側の面上に形成された絶縁膜（ＰＡＳ１）上に配置される。なお、複数のＹ電極の細線部２ａは、その上層に形成された保護膜（ＰＡＳ２）で覆われている。
Ｙ電極の細線部２ａは、Ｘ電極の細線部１ａと平面的に交差し、この細線部２ａを挟んで隣り合う２つのパッド部２ｂに、Ｙ電極の細線部２ａと、Ｘ電極の細線部１ａとの間の層間絶縁膜である絶縁膜（ＰＡＳ１）に形成されたコンタクトホール１２ａを介してそれぞれ電気的に接続されている。
平面的に見たとき、Ｙ電極のパッド部２ｂは、隣り合う２つのＸ電極の細線部１ａの間に配置され、Ｘ電極１のパッド部１ｂは、隣り合う２つのＹ電極の細線部２ａの間に配置されている。
複数のＸ電極及び複数のＹ電極は、高い透過性を有する材料、例えばＩＴＯ（Ｉndium Ｔin Ｏxide）等の透明性導電材料で形成される。また、配線６は、例えばＩＴＯ（Ｉndium Ｔin Ｏxide）等の透明性導電材料で形成される下層の透明導電層と、例えば、銀合金材料等から成る上層の金属層とで構成される。
【００１９】
図１９、図２０は、図１に示す静電容量方式のタッチパネルの他の例の断面構造を示す断面図であり、図１９は、図１６のＡ−Ａ’線に沿った断面構造を示す断面図、図２０は、図１６のＢ−Ｂ’線に沿った断面構造を示す断面図である。
図１９、図２０に示す静電容量方式のタッチパネルでは、複数のＹ電極の細線部２ａが、タッチパネル用基板１５の観察者側の面上に形成され、複数のＸ電極の細線部１ａおよびパッド部１ｂと、複数のＹ電極のパッド部２ｂは、絶縁膜（ＰＡＳ１）上に形成される。なお、複数のＸ電極の細線部１ａおよびパッド部１ｂと、複数のＹ電極のパッド部２ｂは、その上層に形成された保護膜（ＰＡＳ２）で覆われている。
Ｙ電極の細線部２ａは、Ｘ電極の細線部１ａと平面的に交差し、この細線部２ａを挟んで隣り合う２つのパッド部２ｂに、Ｙ電極の細線部２ａと、Ｘ電極の細線部１ａとの間の層間絶縁膜である絶縁膜（ＰＡＳ１）に形成されたコンタクトホール１２ａを介してそれぞれ電気的に接続されている。
平面的に見たとき、Ｙ電極のパッド部２ｂは、隣り合う２つのＸ電極の細線部１ａの間に配置され、Ｘ電極１のパッド部１ｂは、隣り合う２つのＹ電極の細線部２ａの間に配置されている。
複数のＸ電極及び複数のＹ電極は、高い透過性を有する材料、例えばＩＴＯ（Ｉndium Ｔin Ｏxide）等の透明性導電材料で形成される。また、配線６は、例えばＩＴＯ（Ｉndium Ｔin Ｏxide）等の透明性導電材料で形成される下層の透明導電層と、例えば、銀合金材料等から成る上層の金属層とで構成される。
【００２０】
図２１、図２２は、図１に示す静電容量方式のタッチパネルの他の例の断面構造を示す断面図であり、図２１は、図１６のＡ−Ａ’線に沿った断面構造を示す断面図、図２２は、図１６のＢ−Ｂ’線に沿った断面構造を示す断面図である。
図２１、図２２に示す静電容量方式のタッチパネルでは、複数のＸ電極の細線部１ａとパッド部１ｂが、タッチパネル用基板１５の観察者側の面上に形成され、複数のＹ電極の細線部２ａとパッド部２ｂが、絶縁膜（ＰＡＳ１）上に形成される。なお、複数のＹ電極の細線部２ａとパッド部２ｂは、その上層に形成された保護膜（ＰＡＳ２）で覆われている。
図２１、図２２に示す静電容量方式のタッチパネルでは、Ｘ電極とＹ電極とをそれぞれ異なる層に形成したものであり、Ｙ電極の細線部２ａは、Ｘ電極の細線部１ａと平面的に交差している。
平面的に見たとき、Ｙ電極のパッド部２ｂは、隣り合う２つのＸ電極の細線部１ａの間に配置され、Ｘ電極１のパッド部１ｂは、隣り合う２つのＹ電極の細線部２ａの間に配置されている。
複数のＸ電極及び複数のＹ電極は、高い透過性を有する材料、例えばＩＴＯ（Ｉndium Ｔin Ｏxide）等の透明性導電材料で形成される。また、配線６は、例えばＩＴＯ（Ｉndium Ｔin Ｏxide）等の透明性導電材料で形成される下層の透明導電層と、例えば、銀合金材料等から成る上層の金属層とで構成される。
【００２１】
［実施例２］
図２３は、本発明の実施例２の入力装置（タッチパネル）と、それを備えた表示装置の概略構成を示す図である。図２３において、４００は本実施例２のタッチパネルである。タッチパネル４００は、容量検出用のＸ電極ＸＰと、Ｙ電極ＹＰを有する。ここでは、例えばＸ電極を４本（ＸＰ１からＸＰ４）、Ｙ電極を４本（ＹＰ１からＹＰ４）で図示しているが、電極数はこれに限らない。
タッチパネル４００は表示装置６００の前面に設置される。従って、表示装置６００に表示された画像を使用者が見る場合には、表示画像がタッチパネル４００を透過する必要があるため、タッチパネル４００は光透過率が高いことが望ましい。
タッチパネル４００のＸ電極とＹ電極は、検出用配線２０１によって容量検出部１０２に接続される。容量検出部１０２は、制御部１０３から出力される検出制御信号２０２により制御され、タッチパネルに含まれる各電極（Ｘ電極、Ｙ電極）間の電極間容量を検出し、各電極の容量値によって変化する容量検出信号２０３を制御部１０３に出力する。図示は省略するが、制御部１０３は、図１に示す記憶部４を有する。
制御部１０３は、各電極の容量検出信号２０３から各電極間の電極間容量を計算するとともに、各電極間の電極間容量から入力座標を演算して求める。制御部１０３は、Ｉ／Ｆ信号２０４を用いて入力座標をシステム制御部１０４に転送する。
システム制御部１０４は、タッチ操作によりタッチパネル４００から入力座標が転送されると、そのタッチ操作に応じた表示画像を生成して、表示制御信号２０５として表示制御回路１０５に転送する。
表示制御回路１０５は、表示制御信号２０５により転送される表示画像に応じて表示信号２０６を生成し、表示装置６００に画像を表示する。
【００２２】
図２４は、図２３に示すタッチパネル４００の容量検出用のＸ電極ＸＰおよびＹ電極ＹＰ、Ｚ電極ＺＰの電極パターンを示した図である。Ｘ電極ＸＰとＹ電極ＹＰは、例えば、Ｘ電極ＸＰが検出用配線２０１によって容量検出部１０２に接続される。他方、Ｙ電極ＹＰには検出用配線２０１によって、一定期間にあらかじめ定められたタイミングと電圧のパルス信号が印加される。Ｚ電極ＺＰは電気的に接続されておらず、フローティングの状態とする。Ｚ電極ＺＰは、図２に示す電極フィルム２２に相当する。
図２４に示すように、Ｙ電極ＹＰはタッチパネル４００の横方向（図中Ｘ方向）に伸びており、複数のＹ電極ＹＰが縦方向（図中Ｙ方向）に複数本並べられている。Ｙ電極ＹＰとＸ電極ＸＰの交差部分は、各電極の交差容量を削減するためにＹ電極ＹＰとＸ電極ＸＰの電極幅を細くしている。この部分を細線部３２７と呼ぶ。したがって、Ｙ電極ＹＰはその延在方向に細線部３２７と、細線部３２７に挟まれた電極部分（以下では、パット部又は個別電極とも呼ぶ）３２８Ｙとを交互に配置した形状となる。
隣接するＹ電極ＹＰの間に、Ｘ電極ＸＰを配置する。Ｘ電極ＸＰはタッチパネル４００の縦方向に延びており、複数のＸ電極ＸＰが横方向に複数本並べられる。Ｙ電極ＹＰと同様に、Ｘ電極ＸＰはその延在方向に細線部３２７とパッド部３２８Ｘを交互に配置した形状となる。
【００２３】
図２４に示すように、Ｘ電極ＸＰのパッド部３２８Ｘはひし形をしている。Ｘ電極ＸＰのパッド部３２８Ｘの形状を説明する上で、仮にＸ電極ＸＰを検出用配線に接続するための配線位置（或いはＸ電極ＸＰの細線部３２７）を、Ｘ電極ＸＰの横方向の中心と仮定する。Ｘ電極ＸＰのパッド部３２８Ｘの電極形状は、隣接する他のＸ電極ＸＰの中心に近くなるにつれて面積が小さくなり、当該Ｘ電極ＸＰの中心に近いほど面積が大きくなる。
よって、隣接する２本のＸ電極ＸＰ、例えばＸ電極ＸＰ１とＸＰ２の間におけるＸ電極ＸＰの面積を考えた場合には、Ｘ電極ＸＰ１の中心付近ではＸ電極ＸＰ１のパッド部３２８Ｘの電極面積（電極幅）が最大となり、且つＸ電極ＸＰ２のパッド部３２８Ｘの電極面積（電極幅）は最小となる。一方、Ｘ電極ＸＰ２の中心付近ではＸ電極ＸＰ１のパッド部３２８Ｘの電極面積（電極幅）が最小となり、且つＸ電極ＸＰ２のパッド部３２８Ｘの電極面積（電極幅）が最大となる。ここで、隣接する２本のＸ電極ＸＰ間におけるパッド部３２８Ｘの形状は、隣接するＸ電極ＸＰに向けて形状が凸状であることを特徴とする。
図２４では、Ｘ電極ＸＰの左右に向けて凸状としたが、Ｘ電極ＸＰの形状はこれに限らない。例えば、Ｘ電極ＸＰのパッド部３２８Ｘの左側電極形状を凸状、右側の電極形状を凹状としても良いし、Ｘ電極ＸＰの右側の電極形状を凸状、左側の電極形状を凹状としても良く、Ｘ電極ＸＰの左右の電極形状を凸状とし、隣接するＸ電極ＸＰの電極形状を凹状としても良い。Ｚ電極ＺＰは、Ｙ電極ＹＰと、Ｘ電極ＸＰと重なりあって配置される。
また、図２４では、Ｚ電極ＺＰとスペーサ８００を示している。スペーサ８００は、Ｘ電極ＸＰおよびＹ電極ＹＰと、Ｚ電極ＺＰとの間隔を保持する目的で形成されている。なお、Ｚ電極ＺＰとスペーサ８００の詳細については後述する。
【００２４】
図２５は、図２４のＡ−Ａ’切断線に沿った断面構造を示す概略断面図である。なお、図２５に示す断面図では、タッチパネル動作の説明に必要となる層のみ示している。
静電容量方式のタッチパネルでは、Ｘ電極ＸＰとＹ電極ＹＰとの間に生じる容量値の変化を検出しており、従来では、図中下側のＸＹ電極基板４０５で十分であったが、本実施例では、タッチパネル４００では検出精度を向上させるため図中上側のＺ電極基板４１２を新たに設けている。
タッチパネル４００のＸＹ電極基板４０５の各電極は第１の透明基板５上に形成する。まず第１の透明基板５に近い箇所にＸ電極ＸＰを形成し、次にＸ電極とＹ電極を絶縁するための第１の絶縁膜１６を形成する。その次に、Ｙ電極ＹＰを形成する。ここで、Ｘ電極ＸＰとＹ電極の順番を入れ換えても良い。Ｙ電極ＹＰの上にはＹ電極ＹＰおよび第１の絶縁膜１６を覆うように、第２の絶縁膜１９が形成されている。
前述したように、ＸＹ電極基板４０５とＺ電極基板４１２の間にはスペーサ８００が設けられて、ＸＹ電極基板４０５とＺ電極基板４１２との間隔を保持している。また、両基板の外周部近傍には、枠状にシール材（図示せず）が設けられており、ＸＹ電極基板４０５とＺ電極基板４１２とを固着している。また、ＸＹ電極基板４０５とＺ電極基板４１２との間には検知用絶縁層１２０が設けられている。
次にＺ電極基板４１２では、図中上側から第２の透明基板１２に透明弾性層１１４が設けられ、さらに、支持層１１３とＺ電極ＺＰが設けられている。透明弾性層１１４の剛性は第２の透明基板１２の剛性よりも低いものが用いられる。
【００２５】
ＸＹ電極基板４０５とＺ電極基板４１２の間の検知用絶縁層１２０は、タッチ操作による押圧時に、膜厚が変化する透明な絶縁材料であれば良い。例えば、弾性絶縁材料などを用いて、検知用絶縁層１２０を形成しても良い。また、検知用絶縁層１２０に、空気など圧力により体積が変化する気体を用いることも好適である。気体を用いる場合には、非接触時の検知用絶縁層１２０の厚さを一定に保つ為に、Ｚ電極ＺＰとＸ電極ＸＰ及びＹ電極ＹＰとの間に、スペーサ８００を配置する必要が生じる。
なお、Ｚ電極ＺＰとしては、例えば、ポリチオフェン系有機導電材料、スルホン化ポリアニン、ポリピロールなどの有機導電材料、あるいは、導電性の微粒子（例えばＩＴＯ微粒子）分散合成樹脂などが使用可能である。同様に、透明弾性層１１４と、支持層１１３も柔軟な合成樹脂などが使用可能である。
本実施例では、Ｚ電極ＺＰと、Ｘ電極ＸＰおよびＹ電極ＹＰの間に、スペーサ８００を設けたので、表示画面内にスペーサ８００が多数点在することとなる。このスペーサ８００を透明あるいは淡色の材料で形成すると、スペーサ８００及びその近傍で、集光あるいは光散乱を引き起こして表示品質を低下させる２次的な課題を生じさせる。
そこで、本実施例では、スペーサ８００の材料として、黒または青色系濃色の材料（少なくとも光学濃度（ＯＤ値）が２以上、好ましくは３以上）を用いることにより、前述の２次的な課題を解決している。なお、光学濃度（ＯＤ値）は、透過率をＴ（％）とするとき、ＣＤ＝ｌｏｇ（１／Ｔ）で求められる値である。
また、スペーサ８００としては、例えば、顔料分散アクリル系樹脂が使用されるが、その他に、カラーレジスト膜などのアクリル系樹脂が使用される。なお、スペーサ８００の材料として、導電性の材料を使用する場合には、被覆処理などにより絶縁（高抵抗化）処理を施す必要がある。
【００２６】
次に、タッチパネル４００におけるタッチ操作時の容量変化について説明する。図２５に示すように、Ｘ電極ＸＰとＹ電極ＹＰとの間には、Ｚ電極ＺＰを介して容量Ｃｘｚと容量Ｃｙｚが形成されている。例えば、Ｘ電極ＸＰから信号を供給し、Ｙ電極ＹＰを接地電位に接続し、Ｚ電極ＺＰをフローティング状態とすると、容量Ｃｘｚと容量Ｃｙｚの接続状態は、図２６に示すような回路図で表すことができる。
図２６に示す回路においては、容量Ｃｘｚと容量Ｃｙｚとの合成容量Ｃｘｙは、Ｃｘｙ＝Ｃｘｚ×Ｃｙｚ／（Ｃｘｚ＋Ｃｙｚ）となる。タッチにより、Ｘ電極ＸＰとＺ電極ＺＰとの距離が変化し、同じくＹ電極ＹＰとＺ電極ＺＰとの距離が変化すると、合成容量Ｃｘｙの値も変化する。
以下、タッチによる第１の絶縁層１６と第２の絶縁膜１９の厚さの変化は無視できるとして、容量Ｃｘｙの値を変化させるＸ電極ＸＰおよびＹ電極ＹＰに対するＺ電極ＺＰの距離を間隔Ｄｘｙｚで表す。実際のＸ電極ＸＰとＺ電極ＺＰの距離およびＹ電極ＹＰとＺ電極ＺＰの距離と間隔Ｄｘｙｚは異なるが、容量Ｃｘｙの変化は検知用絶縁層１２０の厚さの変化に従って変化していると考えることができるため、説明を簡潔にするために間隔Ｄｘｙｚを用いて説明する。なお、間隔Ｄｘｙｚは検知用絶縁層１２０の厚さであるが、Ｚ電極ＺＰと第２の絶縁膜１９との距離とも表現可能である。
【００２７】
図２７は、タッチが非導電性のペン８５０等で行なわれた状態を示す。非導電性のペン８５０を用いると、非導電性のペン８５０には電気が流れないため、ペン８５０がタッチパネル４００に接触することによる容量の変化は非常に微小である。そのため、非導電性のペン８５０を用いる場合では、従来の静電容量方式のタッチパネルでは容量の変化を検出することが困難であった。
そこで、非導電性のペン８５０によるタッチを検出するためＺ電極ＺＰを用いることとした。しかしながら、スペーサ８００とＺ電極ＺＰが硬く、ペン８５０で押しても、スペーサ８００およびＺ電極ＺＰが変形しない場合では、Ｚ電極ＺＰはスペーサ８００に押し戻されて、間隔Ｄｘｙｚはわずかしか変化しなかった。そのため、前述の合成容量Ｃｘｙの変化も微小となり容量の変化を検出することは困難であった。
次に、スペーサ８００による規制を回避するために、スペーサ８００を設けない場合を図２８に示す。この場合、スペーサ８００によって押し戻されることが無いので、剛性の高い部材に間隔Ｄｘｙｚの変化量は支配される。一般に第２の透明基板１２の剛性が高いため、ペン８５０で押されて第２の透明基板１２がたわむ量に従って、Ｚ電極ＺＰの位置が変化することになる。
ただし、この場合では図２８に示すように、近接して２点が押された場合に、２点を分離して検出することが困難であるという問題が生じる。前述したように、ペン８５０で押されることで生じる変化は剛性が高い第２の透明基板１２の変化と同様になる。そのため、第２の透明基板１２を固定している点（シール材の位置）からの距離に対して、同時に押される２点の距離が短い場合に、２点間でたわむ量に比較して、固定点を支点としてたわむ量が大きくなるため、２点間の変化量を検出することが困難である。
図２９に近接した２点が押された場合の容量Ｃｘｙの検出強度を示す。図２９では同じ検出強度を示す位置を結んで、線ＣＴ１〜ＣＴ３で示している。図２９に示すように、２点間で線ＣＴ１〜ＣＴ３は連続しており、容量変化から２点を分離して検出することは困難である。
【００２８】
次に、図３０にＺ電極ＺＰを有機導電膜等の弾性変形する柔軟な材料で形成した場合を示す。また、Ｚ電極ＺＰに積層される透明弾性層１１４と支持層１１３も共に柔軟な材料で形成する。ペン８５０でタッチすると第２の透明基板１２が撓むが、それに伴い、Ｚ電極ＺＰも間隔Ｄｘｙｚを狭めるよう移動する。
Ｚ電極ＺＰがスペーサ８００に当たると、Ｚ電極ＺＰはスペーサ８００よりも柔らかいために、Ｚ電極ＺＰは弾性変形する。そのため、スペーサ８００によりＺ電極ＺＰの変位が制限されずに、容量Ｃｘｙの変化量が検出可能な程度まで間隔Ｄｘｙｚが狭まる。さらに、透明弾性層１１４と支持層１１３も共に柔軟な材料であることから、スペーサ８００はＺ電極ＺＰに埋まるような状態となり間隔Ｄｘｙｚは容易に狭まる。
ここで、Ｚ電極ＺＰが弾性変形するという状態は、Ｚ電極ＺＰの変形にとどまらず、共に積層される透明弾性層１１４と支持層１１３も容量Ｃｘｙの変化量が検出可能な程度まで変形することを意味している。すなわち、タッチされた際にスペーサ８００により押し返されるＺ電極ＺＰ、透明弾性層１１４、支持層１１３のいずれかの膜厚が押し縮められている状態を意味する。図３０は、前述の実施例１の＜タッチ状態例１＞に相当する。
【００２９】
図３１は、スペーサ８００を粒状のスペーサ８０２とした場合を示している。粒状のスペーサ８０２は粒径がそろったポリマービーズ、ガラスビーズ等を適宜散布して第２の絶縁膜１９上に固着させて形成する。
図３１に示す粒状のスペーサ８０２の場合も、Ｚ電極ＺＰおよび透明弾性層１１４、支持層１１３は共に粒状のスペーサ８０２よりも柔らかいために、Ｚ電極ＺＰは弾性変形する。そのため、粒状のスペーサ８０２の場合も、容量Ｃｘｙの変化量が検出可能な程度まで間隔Ｄｘｙｚが狭まる。また、透明弾性層１１４と支持層１１３も共に柔軟な材料であることから、粒状のスペーサ８０２もＺ電極ＺＰに埋まるような状態となる。
図３２は、Ｚ電極ＺＰを、導電性を有する透明弾性膜で形成した場合を示している。図３２では、Ｚ電極ＺＰを前述の透明弾性層１１４と同様な程度に膜厚で柔軟な層により形成し、押圧により十分に変形可能な層としている。すなわち、透明弾性層１１４は膜厚を超えて縮むことは不可能であるため、タッチによる変位量に対して、膜厚が十分に厚い必要がある。
【００３０】
図３３は、入力手段が指８６０などの場合を示している。指８６０でタッチした場合もＺ電極ＺＰは弾性変形して、容量Ｃｘｙの変化量が検出可能な程度まで間隔Ｄｘｙｚが狭まる。図３３は、前述の実施例１の非タッチ状態→タッチ状態例２→タッチ状態例３→タッチ状態例４の順で状態が変化したものに相当する。
図３４はペン８５０でスペーサ８００の直上をタッチした場合を示す。タッチにより第２の透明基板１２が撓むが、それに伴い、Ｚ電極ＺＰはスペーサ８００に当たる。この場合もＺ電極ＺＰおよび透明弾性層１１４、支持層１１３は共にスペーサ８００よりも十分に柔らかいために、Ｚ電極ＺＰはスペーサ８００が埋もれるよう変形する。すなわち、スペーサ８００とペン８５０とを結ぶ直線上のＺ電極ＺＰはスペーサ８００に押し縮められるが、スペーサ８００の周辺のＺ電極ＺＰはスペーサ８００を包み込むように変形する。よってスペーサ８００の周辺の間隔Ｄｘｙｚも容量Ｃｘｙの変化量が検出可能な程度まで狭まる。このように、スペーサ８００近傍でも従来と比較して精度の高い位置検出が可能となる。
【００３１】
次に図３５に２点同時にタッチした場合で、２点の間にスペーサ８００が位置する場合を示す。この場合、タッチにより第２の透明基板１２がたわむが、スペーサ８００の位置では、間隔Ｄｘｙｚがスペーサ８００に保持されて変化しない。対してスペーサ８００の近傍では、スペーサ８００を支点としてＺ電極ＺＰが変位することで、２点毎の容量Ｃｘｙの変化量が検出可能となる。
図３６に近接した２点が押され、間にスペーサ８００が存在する場合の容量Ｃｘｙの変化量（検出強度）を示す。図３６では同じ容量値を示す線ＣＴ１およびＣＴ２とが、２点間でそれぞれ分断されており、容量変化から２点を分離して検出することが可能である。
また、スペーサ８００が存在するだけではなく、Ｚ電極ＺＰおよび透明弾性層１１４、支持層１１３は共に柔軟な材料で形成されるため、スペーサ８００が間隔Ｄｘｙｚを保持することにより生じる問題にも対応可能である。すなわち、第２の透明基板１２の変位をスペーサ８００により規制する力はＺ電極ＺＰおよび透明弾性層１１４、支持層１１３の膜厚が圧縮されることにより、スペーサ８００の位置で吸収されている。そのため、スペーサ８００近傍の間隔Ｄｘｙｚが容量Ｃｘｙの変化量が検出可能な程度にまで変化可能であることも、２点が押されたことを検出可能としている。
なお、スペーサ８００が２点を結ぶ直線上に無い場合でも、スペーサ８００がＸＹ電極基板４０５とＺ電極基板４１２との間にあることで、スペーサ８００が支点となっており２点が押されたことを検出可能である。
【００３２】
次に図３７と図３８に、Ｚ電極基板４１２の製造方法を示す。図３７には第２の透明基板１２に透明弾性層１１４を形成する方法を示す。まず、第２の透明基板１２を準備する。次にシート状の透明弾性層１１４を第２の透明基板１２の一方の端部からローラ８７０で押さえつけながら貼り付ける。柔軟なシート状の材料を貼り付けることで、簡単な装置及び方法で均一な層を形成することが可能である。
図３８では、別に用意した支持層１１３に弾性導電膜２０を形成したものを第２の透明基板１２に透明弾性層１１４を貼り付けたものの端部からローラ８７０で押さえつけながら貼り付けている。なお、この弾性導電膜２０は前述のＺ電極ＺＰとして用いられる。
第２の透明基板１２を複数個のタッチパネルを取得可能なように大判の基板を用意し、同じく大判のシート状の透明弾性層１１４、支持層１１３、弾性導電膜２０を貼り付けることで、一度に大量のタッチパネルが製造可能である。なお、透明弾性層１１４に弾性導電膜２０を貼り付ける際に、支持層１１３を用いることなく貼り付け可能な場合、もしくは、弾性導電膜２０を貼り付けた後、支持層１１３を簡単に除去可能な場合は、必ずしもタッチパネル４００に支持層１１３が残っている必要はない。
【００３３】
図３９には、スペーサ８００とシール材８１０を形成する製造方法を示す。スペーサ８００とシール材８１０はスクリーン印刷により形成可能である。スクリーン印刷には図４０に示すようなスクリーン版８２０を用いる。スクリーン版８２０には、スペーサ８００（図４０では図示せず）とシール材８１０の形状に孔が開いている。このスクリーン版８２０に版枠８２６を用いてテンションを加え、スキージ８２４を用いて孔からスペーサ８００とシール材８１０の材料物質を押し出すことで、ＸＹ電極基板４０５上にスペーサ８００とシール材８１０を転写する。
なお、ＸＹ電極基板４０５上にスペーサ８００のみを形成し、シール材８１０は両面テープ等を使用することも可能である。また、ＸＹ電極基板４０５側にスペーサ８００を形成し、Ｚ電極基板４１２側にシール材８１０を形成することも可能である。
図４１にＸＹ電極基板４０５にシール材８１０を形成した様子を示す。なお、図４１は複数のタッチパネル４００を同時する製造する場合を図示している。また、スペーサ８００も図示しないが形成されているものとする。スペーサ８００とシール材８１０の転写後、スペーサ８００に紫外線照射または加熱を行い、スペーサ８００をある程度硬化させる。
図４２に示すように、スペーサ８００とシール材８１０を形成したＸＹ電極基板４０５とＺ電極基板４１２を重ね合わせて、全面に紫外線照射または加熱を行うことで、シール材８１０により両基板を固着する。先にスペーサ８００を硬化させるのは、ＸＹ電極基板４０５とＺ電極基板４１２を重ね合わせた際に、スペーサ８００がＺ電極基板４１２によりつぶれることを防止するためである。両基板を固着後、個別にタッチパネル４００が切断される。
【００３４】
次に、図４３を用いて、ペン８５０のように接触面が小さい場合に、接触点の位置が横方向に変化した場合の各電極の信号成分について説明する。
図２６で説明した、容量Ｃｘｙの容量変化は、間隔Ｄｘｙｚが狭まった部分の面積に依存する。この間隔Ｄｘｙｚが狭まった部分の面積を検出用面積と呼ぶ。図４３中では説明のために検出用面積を円ＸＡ、ＸＢ、ＸＣで示している。検出用面積とＸ電極ＸＰまたはＹ電極ＹＰと重なる面積が大きい場合には信号成分が大きくなり、逆に重なる面積が小さい場合には信号成分が小さくなる。
図４３では、隣接する２つのＸ電極であるＸＰ２とＸＰ３との間において、Ｘ電極上で接触点の位置が変化した様子を示している。ＸＡはＸ電極ＸＰ２の中心付近であり、ＸＢはＸ電極ＸＰ２とＸＰ３との中間付近であり、ＸＣはＸ電極ＸＰ３の中心付近である。なお図４３では、図の簡略化のためＺ電極ＺＰ及びスペーサ８００を図示していない。
検出用面積ＸＡの位置では、検出用面積ＸＡとＸ電極ＸＰ２とが重なる部分が多く、Ｘ電極ＸＰ３とはほとんど重ならないためＸ電極ＸＰ２の信号成分が大きく、Ｘ電極ＸＰ３の信号成分は小さくなる。
検出用面積ＸＢの位置では、Ｘ電極ＸＰ２及びＸＰ３と検出用面積ＸＢと重なる面積がほぼ等しくなるので、算出される信号成分はＸ電極ＸＰ２とＸＰ３でほぼ等しくなる。
さらに、検出用面積ＸＣの位置では、検出用面積ＸＣとＸ電極ＸＰ３と重なる部分が多く、Ｘ電極ＸＰ２とほとんど重ならないため、Ｘ電極ＸＰ３の信号成分が大きく、Ｘ電極ＸＰ２の信号成分は小さくなる。
【００３５】
制御部１０３は、各電極の信号成分を用いて重心計算を行い、ペン８５０がタッチ操作により接触した入力座標を算出する。
検出用面積ＸＢのようにＸ電極ＸＰ２とＸＰ３で同程度の信号成分が得られる場合には、重心位置はＸ電極ＸＰ２とＸＰ３の中間にくるため、入力座標を算出できる。一方、検出用面積ＸＡ、ＸＣのように一方のＸ電極の信号成分が非常に大きい場合には、重心位置は大きな信号成分を検出したＸ電極付近になるため、同様に入力座標を算出できる。
以上説明したように、Ｘ電極の電極形状を隣接する電極に向かって細くなるような形状とすることで、検出用面積に比べてＸ電極の電極間隔が広い場合でも重心計算が可能となり、高精度に位置を検出することが可能となる。よって、検出用面積に比べてＸ電極の電極間隔を拡げることで従来の電極パターンより電極本数を削減することが可能となる。また、Ｘ電極の電極形状がＹ電極を間に挟み離散的であっても、電気的にフローティングであるＺ電極ＺＰを隣接するＸ電極ＸＰとＹ電極ＹＰへ跨るように配置することで、タッチパネル全面でＸ方向の入力座標を精度良く検出することが可能となる。
図４４は、Ｘ電極ＸＰの形状を変えた場合である。図２４および図４３、図４４において、Ｙ電極ＹＰの形状は同じである。図４３ではＸ電極ＸＰ形状が左右両側に向かって凸型形状であったが、図４４では、Ｘ電極ＸＰ２に示すように、隣接する一方のＸ電極ＸＰ１に向かっては凸型形状であり、隣接する他方のＸ電極ＸＰ３に向かっては凹型形状である。
図２４および図４３、図４４共に、隣接するＸ電極ＸＰの中心に近くなるにつれて面積が小さくなり、該Ｘ電極ＸＰの中心に近いほど面積が大きくなる特徴は同じである。そのため、図４４に示すＸ電極ＸＰでも図４３と同様の効果が期待できる。なお、Ｘ電極の形状は、隣接するＸ電極の中心に近くなるにつれて面積が小さくなり、該Ｘ電極の中心に近いほど面積が大きくなる形状であれば、図４３、図４４の形状に限定されない。
【００３６】
次に、Ｚ電極ＺＰの抵抗値に対する検出用面積の変化について説明する。図４５〜図４７では、Ｚ電極ＺＰは各Ｘ電極ＸＰ、Ｙ電極ＹＰの両方に重ねて形成されているもの（いわゆるベタ電極）とする。
図４５では、Ｚ電極ＺＰのシート抵抗値が低い場合の検出強度を示し、図４６では、Ｚ電極ＺＰのシート抵抗値が適当で検出用面積が適切な場合を示し、図４７では、Ｚ電極ＺＰのシート抵抗値が高い場合の検出強度を示している。
図４５に示す検出強度ＤＩ１からＤＩ３は、Ｚ電極ＺＰのシート抵抗値が１．０×１０３Ω／□の場合の検出強度を示す。なお、検出強度はＤＩ１＞ＤＩ２＞ＤＩ３の関係にある。
検出強度ＤＩ１とＤＩ２ともに、面積が広がっており、さらには、検出強度ＤＩ３は隣接するＹ電極ＹＰ１を越えて広がっており、高精度に位置を検出することが困難である。
次に、図４６ではＺ電極ＺＰのシート抵抗値が１．０×１０５Ω／□の場合の検出強度を示している。検出用面積として有効な検出強度ＤＩ３以上の面積は、隣接する電極と重なっており、高精度に位置を検出することが可能である。
次に、図４７に電極ＺＰのシート抵抗値が１．０×１０７Ω／□の場合の検出強度を示している。検出強度ＤＩ１とＤＩ２とを示す範囲は消失しており、検出用面積として有効な検出強度ＤＩ３以上の面積も、隣接する電極と十分に重なってなく、高精度に位置を検出することが困難である。
Ｘ電極ＸＰとＹ電極ＹＰを形成するＩＴＯ膜をシート抵抗値が１．０×１０３Ω／□程度で形成してある場合に、Ｘ電極ＸＰとＹ電極ＹＰが引き回される距離に対して、Ｚ電極ＺＰが重なるＸ電極ＸＰとＹ電極ＹＰとの距離が短いために、Ｚ電極ＺＰのシート抵抗値が同程度では、検出用面積が広がってしまうと考えられる。
また、Ｚ電極ＺＰのシート抵抗値が１．０×１０７Ω／□を超える場合では、Ｚ電極ＺＰが検出回路にとっては十分に導電部材として機能しなくなり、有効な検出強度が極端に減少している。
【００３７】
次に検出方法について説明する。図４８に、容量検出部１０２の回路構成を概略ブロック図で示し、図４９に信号読み出し部３１０の概略構成を示す。容量検出部１０２は、Ｙ電極ＹＰに信号を入力する信号入力部３１１とＸ電極ＸＰから信号を読み出す信号読み出し部３１０、及びメモリ部３１２で構成される。
なお、図４８では、一対のＸ電極ＸＰ１とＹ電極ＹＰ１についてのみ回路構成を図示しているが、タッチパネル４００上に形成されている各Ｘ電極ＸＰ、Ｙ電極ＸＰに対して同様の構成の信号読み出し部３１０−ｎ、信号入力部３１１−ｎがそれぞれ接続されているものとする。
信号入力部３１１は、基準電位ＶａｐとＶｒｅｆをスイッチ３０７、３０８の切り替えにより、波形３０９の如くＹ電極ＹＰに対して電圧を印加する。信号読み出し部３１０は、演算増幅器３００、積分容量３０１、リセットスイッチ３０５からなる積分回路３２０と、サンプルスイッチ３０３、ホールド容量３０２からなるサンプルホールド回路３３０と、電圧バッファ３０４、及びアナログデジタル変換器３０６で構成される。
【００３８】
以下、容量検出部１０２の動作の概略を説明する。尚、容量検出部１０２の初期状態では積分容量３０１は充電されていない状態にあるものとする。初期状態から、先ずスイッチ３０７がオン状態となって、信号入力部３１１によりＹ電極ＹＰ１に電圧が印加される。これによりＸ電極とＹ電極間の結合容量２５０（前述の合成容量Ｃｘｙｚに相当する）は、Ｙ電極ＹＰ１が印加電圧Ｖａｐに到達するまで充電される。
このとき、Ｘ電極ＸＰ１の電位は、演算増幅器３００の負帰還作用により常にグランド電位に固定される。従って、充電電流は、積分容量３０１を経由して演算増幅器３００の出力端子３２１に流れる。
この動作による積分回路３２０の出力端子３２１の電圧をＶｏとし、結合容量２５０の容量をＣｄｖとし、積分容量３０１の容量をＣｒで表すと、Ｖｏ＝−Ｖａｐ(Ｃｄｖ/Ｃｒ)と表され、Ｘ電極とＹ電極間の結合容量２５０の大きさＣｄｖに依存する。したがって、前述の実施例で説明したように、容量検出部２は、各電極交点における電極間容量（相互容量）を測定することができる。
上記動作により積分回路３２０の出力電位Ｖｏが決定した後、出力電位Ｖｏをサンプルホールド回路３３０で保持する。サンプルホールド回路３３０では、まずサンプルスイッチ３０３をオン状態とし、次に所定時間経過後にオフ状態とすることで、ホールド容量３０２に出力電位Ｖｏを保持する。ホールド容量３０２に保持された電位Ｖｏは、電圧バッファ３０４を経由してアナログデジタル変換器３０６に入力し、デジタルデータに変換される。なお、サンプルホールド回路３３０の保持電圧を電圧バッファ３０４によりアナログデジタル変換器３０６に入力する構成としているが、電圧バッファ３０４は電圧増幅率を有する構成でもよい。
【００３９】
また、上記Ｘ電極ＸＰ１以外のＸ電極についても、それぞれに接続された信号読み出し部が、Ｘ電極ＸＰ１に接続された信号読み出し部３１０と同様の動作を行い、Ｙ電極ＹＰ１からの入力信号による積分回路出力電位がＸ電極ＸＰ１と同時に読み出される。
各Ｘ電極ＸＰに接続されている信号読み出し部３１０の出力は、メモリ部３１２に入力され、その出力データがメモリ部３１２に保持される。メモリ部３１２は、図２３に示す制御部１０３との間で保持データの授受を行う。
Ｙ電極ＹＰには順次信号３０９が印加されており、次々と、Ｙ電極ＹＰに電圧を印加し、容量検出を行う。また、信号読み出し部３１０では容量検出に先立ってリセットスイッチ３０５を一旦オン状態とし、その後オフ状態となるように制御して各積分回路の積分容量３０１をリセットする。以降、同様の動作を繰り返す。
ここで、任意のＹ電極ＹＰに信号３０９が印加されるタイミングが定められており、特定のＹ電極ＹＰに特定の期間パルス状の信号が印加されることで、基準クロック等のカウントにより、Ｘ電極ＸＰの出力はどのＹ電極ＹＰからの出力信号であるかが判別可能となっている。
【００４０】
図５０は、図４８に示した容量検出部１０２の動作を示すタイミングチャートである。信号３０９−１から３０９−ｎは、信号入力部３１１−１から３１１−ｎの動作信号波形で、信号入力部３１１−１から３１１−ｎは、Ｙ電極ＹＰ１からＹＰｎに対して検出周期ＤＴＣの間に順次信号３０９を出力する。なお、以下信号３０９をパルス信号とも呼ぶ。
波形Ｉｃｄｖは、図４８に示したＸＹ電極間の結合容量２５０（Ｃｄｖ）に流れる電流波形である。信号入力部３１１による信号入力でＹ電極ＹＰの電位が立ち上がる際、過渡的に電流が流れる。また、Ｙ電極ＹＰの電位が立ち下がる際にも、過渡的に電流が流れる。
波形ＶＩＮは、図４８に示す積分回路３２０の出力波形、すなわち各パルス信号３０９に対応する、前述の積分回路３２０の出力端子３２１の電圧Ｖｏである。また波形ＳＷＲＳＴ-１は、図４９に示すリセットスイッチ３０５の制御信号波形を表している。
リセットスイッチ制御信号ＳＷＲＳＴ-１が立ち上がると、積分回路３２０がリセットされ、波形ＶＩＮが立ち下がり、信号読み出し部３１０は初期状態となる。その後、信号入力部３１１からパルス信号３０９が入力され再び積分回路３２０の出力波形ＶＩＮが立ち上がる。以降この動作が繰り返される。尚、本例では波形ＶＩＮの振幅が変化している例を示しているが、これは、信号を入力するＹ電極が変わる毎に検出される容量の大きさが変化していることを示している。つまり、タッチパネル４００に検出対象の接触があった場合、この容量変化を反映する信号ＶＩＮが接触点を示す様に局所的に変化することを示している。
【００４１】
波形ＳＷＳＨ−１は、図４８に示すサンプルホールド回路３３０のサンプリングスイッチ３０３を制御する信号である。また波形ＳＨ−１はサンプルホールド回路３３０の出力信号を表している。信号ＳＷＳＨ−１が立ち上がっている時間帯では、サンプリングスイッチ３０３がオン状態となり、ホールド容量３０２にサンプルホールド回路３３０への入力電位、つまり積分回路３２０の出力電位（波形ＶＩＮ）が印加され、信号ＳＷＳＨ−１が立ち下がると、サンプリングスイッチ３０３がオフ状態となり、ホールド容量３０２に印加電圧がホールドされる。波形ＳＨ−１に示すように、サンプリング動作毎にサンプルホールド回路３３０の出力が更新される。
波形ＡＤ−１は、図４８に示すアナログデジタル変換器３０６を制御する信号、また波形ＡＤｏｕｔ−１は該アナログデジタル変換器３０６の出力信号を表している。サンプルホールド回路の出力波形ＳＨ−１が更新されるたびに、所定時間差を設けて信号ＡＤ−１が発行される。信号ＡＤ−１が出力されるとアナログデジタル変換器３０６は、その入力電圧を所定の分解能のデジタルデータＡＤｏｕｔ-１として出力する。
波形Ｍｅｍ−１は、図４８に示すメモリ部３１２への書き込み制御信号を表している。信号ＡＤｏｕｔ-１が更新されるたびに、所定時間差を設けて信号Ｍｅｍ−１が発行される。信号Ｍｅｍ−１が発行されると、デジタルデータＡＤｏｕｔ−１がメモリ部３１２に書き込まれる。
以上、容量検出部１０２の動作に伴う信号波形変化を図４８に示す信号読み出し部３１０に着目して説明したが、他のＸ電極に接続されている信号読み出し部（３１０−ｎ）に関しても、同様の動作及び波形変化となる。
【００４２】
図５１は、図４８に示したメモリ部３１２に格納される検出値を取り込むタイミングにより区別し、ＸＹ電極によって決まる座標に対応させて示したものである。ここで四角は横軸と縦軸に示した各電極同士が交差する位置を示している。またこれら四角内の数値は、検出工程により得られた各交点の容量値を反映する値である。数値が大きいほど容量値が大きくなっていることを表しており、この数値の大小または閾値判定等により、タッチパネル４００に対する検出対象の接触の有無が判定される。
図５２は、上記図５０の状態に対して閾値判定を行い、具体的には数値が１００を超えている場合を接触有りと判定した。その判定結果をグルーピング処理によりグループ毎に共通の番号を付与したものである。この処理の後、グループ毎に信号強度の分布を解析し、タッチパネル４００に対する検出対象の接触座標に変換する。
ここでグルーピング処理は一般的に知られているラベリング処理等を想定するが、これに限定されるものではない。また、上記容量検出工程により図５１の如く得られたデータからタッチパネル４００に対する検出対象の接触座標を算出する手段は、ここに記載された方法に限られないことは明らかであり、前述の実施例１に記載の演算方法も採用することができる。
【００４３】
次に、図５３にタッチパネル４００の概略平面図を示す。図５３ではタッチパネル４００を縦長に使用する場合を示している。前述したように、透明基板５には、Ｘ電極ＸＰと、Ｙ電極ＹＰと、Ｚ電極ＺＰとが設けられている。なお、図５３ではＺ電極ＺＰは点線で示している。
Ｘ電極ＸＰとＹ電極ＹＰとは、個別電極（パッド部）３２８が交互に並ぶように配置され、各個別電極３２８の間の細線部３２７において、Ｘ電極ＸＰとＹ電極ＹＰとは交差する。交差部でＸ電極ＸＰとＹ電極ＹＰとは絶縁膜を介して交差している。細線部３２７では電極の幅が狭くなっており、交差部で生じる容量が小さくなるようなっている。
タッチパネル４００の周辺部には配線６が設けられており、各電極に信号を供給している。配線６はタッチパネル４００の一辺に形成された接続端子７に接続している。接続端子７には外部装置が電気的に接続される。接続端子７に並んで裏面接続パッド８１が形成されている。
第１の透明基板５の裏面にはノイズ低減の目的で、裏面透明導電膜が形成されており、裏面接続パッド８１は裏面透明導電膜に電圧を供給するために形成されている。裏面接続パッド８１は接続端子７に比較して面積が大きく形成されており、裏面透明導電膜との接続作業が容易に行なえるようになっている。符号８２は裏面接続パッド８１用の接続端子で、接続端子８２から裏面接続パッド８１までは配線８４で接続されている。また、符号８３はダミー端子である。
配線６はＸ電極ＸＰの上下両端から信号が供給可能に形成され、Ｙ電極ＹＰの左右両端から信号を供給可能に形成されている。そのため、例えばＹ電極ＹＰに信号を供給する配線６は、接続端子７が形成された端部から反対側の端部まで長い距離を引き回されるので、低抵抗な部材で形成されることが望ましい。
【００４４】
図５４にフレキシブルプリント基板７０をタッチパネル４００に接続したものを示す。フレキシブルプリント基板７０には駆動回路１５０が搭載されており、駆動回路１５０から出力する信号がフレキシブル基板７０を介してタッチパネル４００に供給される。なお、駆動回路１５０には、図４８に図示した回路が形成されている。
まず、駆動回路１５０から出力した信号は、フレキシブルプリント基板７０上の配線７３に供給される。配線７３にはスルーホール７８が形成されており、スルーホール７８を介して裏面の交差配線７７と配線７３とは電気的に接続している。
交差配線７７は多数の配線７３と交差し、他端に形成されたスルーホール７８を介して再度配線７３に接続される。交差配線７７と配線７３とはなるべく重なる面積小さくなるように直交している。なお、配線７４は裏面接続パッド８１に電圧を供給する配線で接地電位等が供給されている。
裏面接続パッド８１には導電部材８０が接続されており、導電部材８０によって、裏面接続パッド８１から裏面透明導電膜に電圧が供給される。また、配線７４を介してシールドパターン７５に接地電位を供給することも可能である。
【００４５】
次に図５５を用いてＸ電極ＸＰとＹ電極ＹＰの変形例について説明する。図５５に示すタッチパネル４００では、Ｘ電極ＸＰとＹ電極ＹＰの総面積を同等にするため、浮遊電極３４が形成されている。Ｘ電極ＸＰとＹ電極ＹＰの面積に差があると、ノイズ強度がＸ電極ＸＰとＹ電極ＹＰとで異なることが問題となる。そこで、個別電極３２８の数が多いＹ電極ＹＰの電極を小さくすると、Ｘ電極ＸＰとＹ電極ＹＰの間隔８が広がってしまう。
前述したようにＹ電極ＹＰとＸ電極ＸＰとはＩＴＯ膜（透明導電膜）によって形成されるが、この間隔部８には、絶縁膜と透明基板とが形成されて、透明導電膜が無い領域となる。透過率、反射率及び反射光の色度に関し、透明導電膜がある部分と無い部分とで差が生じるために、間隔部８が肉眼で見えてしまい、表示する画像の品質を下げる。
我々の検討では、間隔部８が３０μｍの場合は間隔は薄く見え、２０μｍではほぼ見えなくなった。また１０μｍでは見えない結果となった。間隔部８を狭くしていくと、浮遊電極３４を介し隣接するＹ電極ＹＰとＸ電極ＸＰとの間の容量が増大する。また、間隔部８を狭くすることにより、工程中の異物付着などに起因するパターン形成異常からＹ電極ＹＰまたはＸ電極ＸＰと浮遊電極３４がショートする不良が増加する。
Ｙ電極ＹＰの個別電極３２８と隣接する浮遊電極３４がショートすると、該当するＹ電極１ライン分の対地容量が増加しノイズが増え、検出感度が低下する不具合が生じる。ショートした際に、増加する容量を低減するため、図５５のように浮遊電極３４は４分割とした。より細かく細分化した場合はショート不良の懸念が低下するが、該当領域に透明導電膜の無い領域が増えるため、隣接する電極との透過率、反射率および色度の差が生じ増加する懸念がある。そのため、前述のとおり浮遊電極３４は４分割とし、相互の電極間隔は３０μｍより狭く２０μｍ程度とした。
図５５に示すタッチパネル４００では、細線部３２７から成る交差部において別層交差部３２６が設けられている。図５５に示すタッチパネル４００では、Ｘ電極ＸＰとＹ電極ＹＰとが同層に形成され、交差部では、Ｘ電極ＸＰとＹ電極ＹＰとは別層に別層交差部３２６を形成して交差するようにしている。
【００４６】
図５６に、タッチパネル付き表示装置６００の一例として液晶表示パネル１００にタッチパネル４００を取り付けた場合の概略平面図を示す。図５６のＡ−Ａ’切断線に沿った概略断面図を図５７に示す。なお、表示パネルとしては、タッチパネルを用いることができるものであれば良く、液晶表示パネルに限らず、有機発光ダイオード素子や表面伝導型電子放出素子を用いることも可能である。
本実施例の表示装置６００は、図５６および図５７に示すように、液晶表示パネル１００と、液晶液示パネル１００の観察者側の面上に配置された静電容量方式のタッチパネル４００と、液晶表示パネル１００の観察者側とは反対側の面下に配置されたバックライト７００とを備えている。液晶表示パネル１００としては、例えばＩＰＳ方式、ＴＮ方式、ＶＡ方式等の液晶表示パネルが用いられている。
液晶表示パネル１００は対向して配置された２枚の基板６２０と６３０とが貼り合わされて形成されており、２枚の基板の外側には偏光板６０１、６０２が設けられている。
また、液晶表示パネル１００とタッチパネル４００とは樹脂・粘着フィルム等からなる第１の接着材５０１により接合されている。さらに、タッチパネル４００の外側にはアクリル樹脂からなる前面保護板（フロントウインドウ、前面パネルとも呼ぶ）１２−１が樹脂・粘着フィルム等からなる第２の接着材５０２により貼り合わされている。なお、前面保護板１２−１は図２５に示した第２の透明基板１２に相当する。
【００４７】
タッチパネル４００の液晶表示パネル側には、透明導電層６０３が設けられている。この透明導電層６０３は液晶表示パネル１００で発生する信号をシールドする目的で形成されている。
液晶表示パネル１００には多数の電極が設けられており、様々なタイミングで電極上に電圧が信号として印加されている。これらの液晶表示パネル１００での電圧の変化は静電容量方式のタッチパネル４００に設けられた電極に対してはノイズとなる。
そのため、タッチパネル４００を液晶表示パネル１００から電気的にシールドする必要があり透明導電層６０３がシールド電極として設けられている。シールド電極として機能するように、透明導電層６０３には定電圧がフレキシブルプリント基板７０等から供給されており、例えば接地電位とされている。
フレキシブルプリント基板７０は、タッチパネル４００の電極が形成される面（以下前面と呼ぶ）に形成された接続端子７（図示せず）に接続されるが、透明導電層６０３が設けられる面（以下裏面と呼ぶ）に接地電位等の電圧を供給するために導電部材が設けられている。
【００４８】
なお、透明導電層６０３はノイズの影響を抑えるために、タッチパネル４００に設けられた電極と同程度のシート抵抗値である１．５×１０２〜１．０×１０３Ω／□であることが望ましい。透明導電層６０３の抵抗値は、結晶粒の大きさに関係することが解っているが、透明導電層６０３を形成する際の熱処理温度を２００℃以上とすることで、結晶化を進めてシート抵抗値を１．５×１０２〜１．０×１０３Ω／□とすることが可能である。
また、さらに低抵抗な透明導電層６０３とすることも可能である。例えば熱処理温度を４５０℃として、透明導電層６０３の結晶化を十分に行うことで、シート抵抗値を３０〜４０Ω／□とすることも可能である。シールド用の透明導電層６０３がタッチパネル４００に設けられた電極に比較して同程度、または低抵抗であればノイズを抑える効果が向上する。
フレキシブルプリント基板７０には駆動回路１５０が搭載されており、駆動回路１５０により入力位置の検出等が制御される。タッチパネル４００の前面に設けられた電極と駆動回路１５０とは、フレキシブルプリント基板７０を介して電気的に接続される。
また、裏面に設けられた透明導電層６０３にも接地電位等の任意の電圧がフレキシブルプリント基板７０を介して供給される。
【００４９】
フレキシブルプリント基板７０はタッチパネル４００の前面に設けられる接続端子７と接続されるため、裏面に設けられた透明導電層６０３に接続端子７から配線を設けて電気的に接続する必要が生じる。そのため、接続端子７と並べて裏面接続パッド８１を設け、裏面接続パッド８１と裏面の透明導電層６０３を導電部材で接続している。
図５７では、スペーサ３０を基板６２０とタッチパネル４００との間に挿入している。液晶表示パネル１００にタッチパネル４００及び前面保護板（フロントウインドウ）１２−１を組み合わせたハイブリッド構造において、液晶表示パネル１００の基板６２０のガラス強度が弱いという問題が生じる。
基板６２０では液晶駆動回路５０を搭載する領域が他方の基板６３０より突出しており１枚板の形状となっている。この液晶駆動回路５０の搭載領域で基板６２０が破損する不具合が生じる場合がある。
そのため、基板６２０とタッチパネル４００との間にスペーサ３０を挿入し強度を向上させている。なお、図５７では前面保護板１２−１の前面に保護シート５１０を設けており、ペン８５０により前面保護板１２−１が傷つくことを防止している。
【００５０】
次に図５８を用いて液晶表示パネル１００について説明する。図５８は、液晶表示パネル１００の基本構成を示すブロック図である。なお、液晶表示パネル１００を説明するために、タッチパネル４００については省略して示している。前述したように、液晶表示装置は、液晶表示パネル１００と、液晶駆動回路５０と、フレキシブルプリント基板７２と、バックライト７００から構成される。液晶表示パネル１００一辺には、液晶駆動回路５０が設けられており、この液晶駆動回路５０により液晶表示パネル１００に各種信号が供給される。液晶駆動回路５０には外部からの信号を供給するためにフレキシブルプリント基板７２が電気的に接続されている。
液晶表示パネル１００は、薄膜トランジスタ６１０、画素電極６１１、対向電極（コモン電極）６１５等が形成される基板６２０（以下、ＴＦＴ基板とも呼ぶ）と、カラーフィルタ等が形成される基板６３０（以下、フィルタ基板とも呼ぶ）とを、所定の間隙を隔てて重ね合わせ、該両基板間の周縁部近傍に枠状に設けたシール材（図示せず）により、両基板を貼り合わせると共に、シール材の内側に液晶組成物を封入、封止し、さらに、両基板の外側に偏光板６０１、６０２（図５７参照）を貼り付け、ＴＦＴ基板６２０にフレキシブルプリント基板７２を接続して構成される。
なお、本実施の形態は対向電極６１５がＴＦＴ基板６２０に設けられる所謂横電界方式の液晶表示パネルにも、対向電極６１５がフィルタ基板６３０に設けられる所謂縦電界方式の液晶表示パネルにも同様に適用される。
【００５１】
図５８においては、図中ｘ方向に延在しｙ方向に並設される走査信号線（ゲート信号線とも呼ぶ）６２１と、ｙ方向に延在しｘ方向に並設される映像信号線（ドレイン信号線とも呼ぶ）６２２とが設けられており、走査信号線６２１とドレイン信号線６２２とで囲まれる領域に画素部６０８が形成されている。
なお、液晶表示パネル１００は多数の画素部６０８をマトリクス状に備えているが、図を解り易くするため、図５８では画素部６０８を１つだけ示している。マトリクス状に配置された画素部６０８は表示領域６０９を形成し、各画素部６０８が表示画像の画素の役割をはたし、表示領域６０９に画像を表示する。
各画素部６０８の薄膜トランジスタ６１０は、ソースが画素電極６１１に接続され、ドレインが映像信号線６２２に接続され、ゲートが走査信号線６２１に接続される。この薄膜トランジスタ６１０は、画素電極６１１に表示電圧（階調電圧）を供給するためのスイッチとして機能する。
なお、ソース、ドレインの呼び方は、バイアスの関係で逆になることもあるが、ここでは、映像信号線６２２に接続される方をドレインと称する。また、画素電極６１１と対向電極６１５とは容量（液晶容量）を形成している。
液晶駆動回路５０は、ＴＦＴ基板６２０を構成する透明な絶縁基板（ガラス基板、樹脂基板等）に配置される。液晶駆動回路５０は走査信号線６２１と映像信号線６２２と対向電極信号線６２５に接続している。
【００５２】
ＴＦＴ基板６２０には、フレキシブルプリント基板７２が接続されている。また、フレキシブルプリント基板７２にはコネクタ６４０が設けられている。コネクタ６４０は外部信号線と接続され外部からの信号が入力する。コネクタ６４０と液晶駆動回路５０の間には配線６３１が設けられており、外部からの信号は液晶駆動回路５０に入力する。
また、フレキシブルプリント基板７２はバックライト７００に定電圧を供給している。バックライト７００は液晶表示パネル１００の光源として使用される。なお、バックライト７００は液晶表示パネル１００の裏面または前面に設けられるが、図５８では図を簡潔にするため、液晶表示パネル１００と並べて表示している。
また、液晶駆動回路５０は画素が表示すべき階調に対応する階調電圧を映像信号線６２２に出力する。薄膜トランジスタ６１０がオン状態（導通）になると、映像信号線６２２から階調電圧（映像信号）が画素電極６１１に供給される。その後、薄膜トランジスタ６１０がオフ状態となることで画素が表示すべき映像に基づく階調電圧が画素電極６１１に保持される。
対向電極６１５には一定の対向電極電圧が印加されており、液晶表示パネル１００は画素電極６１１と対向電極６１５との間の電位差により、間に挟まれた液晶分子の配向方向を変化させ、光の透過率または反射率を変化させることで画像を表示する。
前述したように、これら液晶表示パネル１００を駆動するための信号の変化が、タッチパネル４００にはノイズとして検出される。よって、その対策が必要である。特にタッチパネル４００は液晶表示パネル１００に表示される画像を基に利用者に入力を促す性質を有しており、液晶表示パネル１００等の表示装置に重ねて設けられる必要があり、近接して重ねられる表示装置の発生するノイズの影響を強く受けることとなる。
【００５３】
次に、図５９を用いて前面保護板（フロントウインドウ）１２−１について説明する。  図５９は、前面保護板（フロントウインドウ）１２−１をタッチパネル４００側から見た概略斜視図である。
前面保護板（フロントウインドウ）１２−１には凹部６１２が形成されタッチパネル４００が収納可能となっている。また、周辺部６１４は凹部６１２よりも厚く形成されており、周辺部６１４では十分な強度を確保している。また、周辺部６１２の一部に溝６１３を形成して、フレキシブルプリント基板７０が凹部６１２から外部に向け延在可能となっている。
この前面保護板（フロントウインドウ）１２−１に設けた凹部６１２は、前面保護板（フロントウインドウ）１２−１を削ることで形成可能である。また、筺体等に固定する前面保護板（フロントウインドウ）１２−１の周辺部６１４の厚みは厚い方が装置落下等の強度に強く、アクリルの場合０．７ｍｍ〜１．０ｍｍ、ガラスの場合０．５ｍｍ〜１．０ｍｍが望ましい。
しかし、タッチパネル４００にとっては操作面の上につけるものが厚いと指で操作する時の感度が落ちるため薄くするのが望ましく、凹部６１４の厚さは、アクリルの場合は０．５ｍｍ以下、ガラスの場合０．８ｍｍ以下が望ましい。
【００５４】
次に、図６０と図６１とに透明導電層６０３と裏面接続パッド８１とを接続する様子を示す。図６０はタッチパネル４００の概略平面図で、図６１はその概略側面図である。図６０では透明導電層６０３と裏面接続パッド８１の接続を説明するため簡略化して示している。タッチパネル４００には第１の透明基板５の前面に入力領域３３が形成されている。
また、前面には裏面用接続端子８２が形成され、裏面用接続端子８２は図示しないフレキシブルプリント基板７０に接続される。裏面用接続端子８２から裏面接続パッド８１の間は、配線８４を介して接続される。なお、配線８４は裏面用接続端子８２と裏面接続パッド８１と一体に形成されている。
裏面接続パッド８１と透明導電層６０３とは、導電部材８０として導電性テープ（以下、導電性テープも符号８０で示す）を介して接続される。導電性テープ８０は樹脂性の基材に銅箔で配線が形成されており、銅箔の片面に粒径４μｍの導電ビーズを含む異方性導電膜が貼られている。導電性テープ８０は一端が裏面接続パッド８１と、他端が透明導電層６０３に貼り付けられる。貼り付け後ホットピンセット等で導電性テープ８０は加熱圧着される。図６０７では、タッチパネル４００の接続端子７を設けた側の辺の左右２箇所で導電性テープ８０を接続している。
フレキシブルプリント基板より安価な導電性テープ８０を用い、一般工具であるホットピンセット等で加熱圧着することによりコスト低減できる。また、ホットピンセットによる作業では、裏面圧着に際しタッチパネル４００をひっくり返す必要が無く、タッチパネル４００の電極面を傷つけたり、汚したりする可能性を少なくできる。
【００５５】
以上説明したように、本発明の実施例によれば、特に、非導電性の入力手段によりタッチパネル上へ接触した場合でも、容量検出用のＸ電極ＸＰやＹ電極ＹＰと、その上部のＺ電極ＺＰとの距離が変化することで容量変化を発生できるため、静電容量結合方式として入力座標を検出することが出来る。これにより、導電性の低い樹脂製スタイラスへも対応可能となる。
また、隣接するＸ電極間の入力位置は、隣接する２つのＸ電極から得られる容量変化の信号比により算出できるように電極形状を工夫することでＸ電極本数を削減し、またＹ電極はＺ電極の配置を工夫することで削減することができる。これにより、検出用電極から入力処理部までの引き回し配線で必要な額縁幅を狭くすることができ、デザイン性の尤度が向上する。また、入力処理部の端子数増加を抑制することが出来るため、安価に高精度な入力位置検出ができる静電容量結合方式タッチパネルを実現することが出来る。また、接触面の小さい入力手段、例えばスタイラスなどでも精度良く入力座標の検出が出来ることから、文字入力などのアプリケーションへ適用も可能となる。
また、Ｘ電極ＸＰまたはＹ電極ＹＰのいずれか一方に、順次パルス信号を印加して、あらかじめどの電極からの信号であるかを識別することで、２点を接触した場合でも精度良く検出することが可能となる。
さらに、前述の実施例１の座標位置検出方法を採用することにより、本実施例でも、単一のタッチ検出方式を用いて、指とペン（例えば、樹脂製スタイラス）とで極性の異なる信号が検出されることを利用し、取得した測定データをもとに信号処理を行い、指８６０、あるいは絶縁性のペン（例えば、樹脂製スタイラス）８５０のタッチ種別を検出することが可能となる。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００５６】
１  タッチパネル
１ａ，２ａ，３２７  細線部
１ｂ，２ｂ，３２８，３２８Ｘ，３２８Ｙ  パッド部（個別電極）
２，１０２  容量検出部
３，１０３  制御部
４  記憶部
５  第１の透明基板
６，８４，７３，７４，６３１  配線
７  接続端子
８  間隔部
１２  第２の透明基板
１２ａ  コンタクトホール
１２−１  前面保護板（フロントウインドウ、あるいは前面パネル）
１５  タッチパネル用基板
１６  第１の絶縁膜
１９  第２の絶縁膜
２０  弾性導電膜
２１  保護層
２２  電極フィルム
２３  額縁
２４  電極層
２５  基板層
２６  電気力線
３０，８００  スペーサ
３３  入力領域
３４  浮遊電極
３５  バス接続信号線
４１  基準値
４２  測定値
４３  信号値
４４  タッチ状態管理表
５０  液晶駆動回路
７０，７２  フレキシブルプリント基板
７５  シールドパターン
７７  交差配線
７８  スルーホール
８０  導電部材、または導電性テープ
８１  裏面接続パッド
８２  裏面接続パッド用の接続端子
８３  ダミー端子
１００  液晶表示パネル
１０４  システム制御部（ＣＰＵ）
１０５  表示制御回路
１１３  支持層
１１４  透明弾性層
１２０  検知用絶縁層
１４１  Ｘ電極
１４２  Ｙ電極
１５０  駆動回路
２５０  結合容量（電極間容量）
３００  演算増幅器
３０１  積分容量
３０２  ホールド容量
３０３  サンプリングスイッチ
３０４  電圧バッファ
３０５  リセットスイッチ
３０６  アナログデジタル変換器
３０７，３０８  スイッチ
３１０  信号読み出し部
３１１  信号入力部
３１２  メモリ部
３２０  積分回路
３２１  積分回路の出力端子
３２６  別層交差部
３３０  サンプルホールド回路
４００  タッチパネル
４０５  ＸＹ電極基板
４１２  Ｚ電極基板
５０１  第１の接着材
５０２  第２の接着材
５１０  保護シート
６００  表示装置
６０１，６０２  偏光板
６０３  透明導電層
６０８  画素部
６０９  表示領域
６１０  薄膜トランジスタ
６１１  画素電極
６１２  凹部
６１３  溝
６１４  周辺部
６１５  対向電極（コモン電極）
６２０，６３０  基板
６２１  走査信号線（ゲート信号線とも呼ぶ）
６２５  対向電極信号線
６２２  映像信号線（ドレイン信号線とも呼ぶ）
６４０  コネクタ
７００  バックライト
８０２  粒状のスペーサ
８１０  シール材
８２０  スクリーン版
８２４  スキージ
８２６  版枠
８５０  非導電性のペン
８６０  指
８７０  ローラ
Ｘ，ＸＰ  容量検出用のＸ電極
Ｙ，ＹＰ  容量検出用のＹ電極
ＺＰ  Ｚ電極
Ｃｆ  静電容量
Ｃｘｚ  Ｘ電極とＺ電極との間の容量成分
Ｃｙｚ  Ｙ電極とＺ電極との間の容量成分
ＸＡ，ＸＢ，ＸＣ  接触面位置
ＰＡＳ１，ＰＡＳ３  絶縁膜
ＰＡＳ２  保護膜
【図１】
0005606242.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
0005606242.tif 000020
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
0005606242.tif 000030
【図３０】
0005606242.tif 000031
【図３１】
0005606242.tif 000032
【図３２】
0005606242.tif 000033
【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
0005606242.tif 000038
【図３８】
0005606242.tif 000039
【図３９】
0005606242.tif 000040
【図４０】
0005606242.tif 000041
【図４１】
0005606242.tif 000042
【図４２】
0005606242.tif 000043
【図４３】
0005606242.tif 000044
【図４４】
0005606242.tif 000045
【図４５】
0005606242.tif 000046
【図４６】
0005606242.tif 000047
【図４７】
0005606242.tif 000048
【図４８】
0005606242.tif 000049
【図４９】
0005606242.tif 000050
【図５０】
0005606242.tif 000051
【図５１】
0005606242.tif 000052
【図５２】
0005606242.tif 000053
【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
0005606242.tif 000056
【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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