(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電性パネルを有すると共にスクリーン上のタッチ位置を前記第１の導電性パネルにおける電流の変化から検出するようなタッチ位置センサを備えるタッチ・スクリーンを具備するデータ処理装置において、当該装置は、前記タッチ・スクリーンに対して略平行に配置された第２の導電性パネルを備えるタッチ力センサを有し、前記タッチ・スクリーンは上記第２の導電性パネルに対して該第２の導電性パネルに略垂直な方向に少なくとも部分的に移動可能であり、前記タッチ力センサは前記タッチ・スクリーンと前記第２の導電性パネルとの間の容量値から力を検出するように構成されており、当該装置がタッチに対して検出された位置及び力の組み合わせ処理をなすように構成されていることを特徴とするデータ処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載のデータ処理装置において、前記タッチ・スクリーンが前記第１の導電性パネルと前記第２の導電性パネルとの間に配置された第３の導電性パネルを有し、前記タッチ力センサが前記第３の導電性パネルと前記第１及び／又は第２の導電性パネルとの間の容量を充電又は放電するために前記第１及び／又は第２の導電性パネルから前記第３の導電性パネルへと流れる電流に基づいて前記容量値の変化を検出するようになっていることを特徴とするデータ処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載のデータ処理装置において、前記第１及び第３の導電性パネルが前記第２の導電性パネルに対して一緒に移動可能であり、前記タッチ力センサが前記第１及び第３の導電性パネルへ、前記第２の導電性パネルに対して同一の電気的測定電圧信号を供給するようになっていることを特徴とするデータ処理装置。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載のデータ処理装置において、前記第１及び第３の導電性パネルが基板の反対側の面上に各々設けられていることを特徴とするデータ処理装置。
【請求項５】
請求項２に記載のデータ処理装置において、前記第２及び第３の導電性パネルは互いに略固定的に設けられ、前記タッチ力センサは前記第２及び第３の導電性パネルへ、前記第１の導電性パネルに対して同一の測定電圧信号を供給するようになっていることを特徴とするデータ処理装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４の何れか一項に記載のデータ処理装置において、前記タッチ・スクリーンと前記第２の導電性パネルとが互いに弾性的に結合されていることを特徴とするデータ処理装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６の何れか一項に記載のデータ処理装置において、前記タッチ・スクリーンは可撓性を有し、前記タッチ力センサは前記タッチ力を、測定された前記容量値から、検出されたタッチ位置による補正をして検出するようになっていることを特徴とするデータ処理装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７の何れか一項に記載のデータ処理装置において、画像パターンを制御するための制御電極が設けられた画像表示面を有し、前記第１の導電性パネルを除いた前記導電性パネルのうちの少なくとも１つが、前記制御電極のうちの関連する制御電極の機能的部分であることを特徴とするデータ処理装置。
【請求項９】
請求項８に記載のデータ処理装置において、前記タッチ力センサは前記制御電極を制御するライン周波数の複数の高調波周波数の間の周波数を持つ交流電圧に基づいて前記容量値を測定するようになっていることを特徴とするデータ処理装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のデータ処理装置において、前記タッチ・スクリーンのタッチが検出されていない場合に複数の周波数の前記交流電圧に関して妨害測定を行い、前記容量値の測定に際しては上記周波数の中の比較的妨害の少ない周波数を選択して使用するように構成されていることを特徴とするデータ処理装置。
【請求項１１】
請求項１に記載のデータ処理装置において、前記第２の導電性パネルが磁気触針位置センサ用の導体トラック系を構成していることを特徴とするデータ処理装置。
【請求項１２】
請求項２に記載のデータ処理装置において、前記第２又は第３の導電性パネルが磁気触針位置センサ用の導体トラック系を構成していることを特徴とするデータ処理装置。
【請求項１３】
請求項１ないし請求項１２の何れか一項に記載のデータ処理装置において、画像表示面を有すると共にタッチに応答して検出されたタッチ位置に対応する前記画像表示面上の位置に画像を形成するように構成され、当該装置は検出されたタッチ力が大きくなるにつれて前記画像を拡大するようになっていることを特徴とするデータ処理装置。
【請求項１４】
請求項１ないし請求項１０の何れか一項に記載のデータ処理装置において、当該装置が検出されたタッチ力を複数の閾値と比較し、超えた閾値に依存して異なる処理を実行するようになっていることを特徴とするデータ処理装置。
【請求項１５】
第１の導電性パネルを有すると共にスクリーン上のタッチ位置を前記第１の導電性パネルにおける電流の変化から検出するようなタッチ位置センサを備えるタッチ・スクリーンを具備するデータ処理装置において、当該装置は、前記タッチ・スクリーンに対して略平行に配置された第２の導電性パネルを備えるタッチ力センサを有し、前記タッチ・スクリーンは前記第１の導電性パネルと前記第２の導電性パネルとの間に配置された第３の導電性パネルを有し、前記タッチ・スクリーンは上記第２の導電性パネルに対して該第２の導電性パネルに略垂直な方向に少なくとも部分的に移動可能であり、前記タッチ力センサは前記第３の導電性パネルと前記第２の導電性パネルとの間の容量値から力を検出するように構成されており、当該装置がタッチに対して検出された位置及び力の組み合わせ処理をなすように構成されていることを特徴とするデータ処理装置。
【請求項１６】
第１の導電性パネルを有すると共にスクリーン上のタッチ位置を前記第１の導電性パネルにおける電流の変化から検出するようなタッチ位置センサを備えるタッチ・スクリーンを具備するデータ処理装置において、当該装置は、前記タッチ・スクリーンに対して略平行に配置された第２の導電性パネルを備えるタッチ力センサを有し、前記第１の導電性パネルと前記第２の導電性パネルとの間には第３の導電性パネルが配置され、前記タッチ・スクリーンは前記第１の導電性パネルと前記第３の導電性パネルとの間に配置された第１制御電極、液晶層及び第２制御電極を有し、前記タッチ・スクリーンは上記第２の導電性パネルに対して該第２の導電性パネルに略垂直な方向に少なくとも部分的に移動可能であり、前記タッチ力センサは前記第２制御電極と前記第３の導電性パネルとの間の容量値から力を検出するように構成されており、当該装置がタッチに対して検出された位置及び力の組み合わせ処理をなすように構成されていることを特徴とするデータ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、タッチ位置センサを備えるタッチスクリーンを有するようなデータ処理装置に係り、上記タッチ位置センサが第１の導電パネルを有し該パネルにおける電流パターンの変化からスクリーン上のタッチ位置を検出するのに適しているようなデータ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記種類のデータ処理装置は、例えば、米国特許第4,853,498号公報明細書から既知である。使用中において、上記位置センサは例えば同一の電圧を前記第１のパネルの複数の位置に印加する。当該パネルが指又は他の少なくとも僅かに導電性のある物体により接触（タッチ）又は接近されると、容量性効果が生じ、電流がパネルから流出する。位置センサは、接触面がタッチ又は接近された位置を、電圧が印加されているパネル上の種々の位置からの電流流出量を測定することにより検出することができる。
【０００３】
【発明の目的及び概要】
好ましくは、タッチ力を上記タッチ位置と同時に決定するとよい。その場合は、
−位置センサを用いて描かれる線の太さを、タッチ力に比例して調整することができ、
−カーソルの動きやアイコンの選択のような異なるタイプの使用を相違するタッチ力に基づいて区別することができ、
−メニューの選択を、追加のタッチ力の発生により確認することができる。
【０００４】
従って、本発明の目的はタッチ動作に応答してタッチ位置及びタッチ力を測定するに適したデータ処理装置を提供することにある。
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明によるデータ処理装置は、前記タッチ・スクリーンに対して略平行に配置された第２の導電性パネルを備えるタッチ力センサを有し、前記タッチ・スクリーンは上記第２のパネルに対して該第２のパネルに略垂直な方向に少なくとも部分的に移動可能であり、前記タッチ力センサはタッチ・スクリーンと第２のパネルとの間の容量値から力を検出するように構成されており、更に、当該装置がタッチに対して検出された位置及び力の組み合わせ処理をなすように構成されていることを特徴としている。この場合、上記タッチ・スクリーンと第２のパネルはコンデンサの各電極板を構成することになる。タッチ・スクリーンに力が発生されると、これらの電極板は互いに向かって移動するから、当該コンデンサの容量値は変化する。従って、この容量値は上記力の純電子的に測定可能な尺度となる。
【０００６】
また、本発明によるデータ処理装置の一実施例は、前記タッチ・スクリーンが第１のパネルと第２のパネルとの間に配置された第３の導電性パネルを有し、前記タッチ力センサが第３のパネルと第１及び／又は第２のパネルとの間の容量を充電又は放電するために第１及び／又は第２のパネルから第３のパネルへと流れる電流に基づいて容量値の変化を検出するようになっていることを特徴としている。タッチ力に応答した上記容量値の測定は、スクリーンにタッチ又は近づく指又は他の物体の容量により妨害される可能性がある。このように、力の検出は明確でなくなる。これらのタッチ効果は、中間層を構成する第３のパネルへの電流のみを測定することにより除去することができる。
【０００７】
また、本発明によるデータ処理装置の他の実施例は、前記第１及び第３のパネルが第２のパネルに対して一緒に移動可能であり、前記タッチ力センサが第１及び第３のパネルへ、第２のパネルに対して同一の電気的測定電圧信号を供給するようになっていることを特徴としている。この場合、上記第１及び第３のパネルには同一の測定電圧が供給されるので、第１のパネルへの電流の変化はタッチ容量のみにより発生し、第３のパネルへの電流の変化は力のみにより発生されることが保証される。前記測定電圧信号は各パネル間に存在する電圧の一つの成分のみに関わる必要がある。上記測定電圧信号は、例えば、前記パネルと層との間に存在する電圧の一つのスペクトル成分とすることができる。上記電圧の他の成分は同一である必要はない。
【０００８】
また、本発明によるデータ処理装置の更に他の実施例は、前記第１及び第３のパネルが基板の反対側の面上に各々設けられていることを特徴としている。この場合、上記基板は例えばガラス板であってもよい。この構成は容易に実施することができ、タッチ面からのタッチ力の第３のパネルへの機械的伝達が好適になされる。
【０００９】
また、本発明によるデータ処理装置の更に他の実施例は、前記第２及び第３のパネルが互いに略固定的に設けられ、前記タッチ力センサは第２及び第３のパネルへ、第１のパネルに対して同一の測定電圧信号を供給するようになっていることを特徴としている。この構成によれば、特に第２のパネルが当該装置の実質的に外側付近に位置する場合に発生する第２のパネルへの電流によるタッチ力の測定に関する妨害が低減される。
【００１０】
前記タッチ・スクリーンの縁部は原理的には第２のパネルに対して機械的に固定することができる。この場合、タッチ力はタッチ・スクリーンと前記導電層との曲がりの差となって表れる。このようにして、簡素で堅固な力センサを実現することができる。しかしながら、この場合にはスクリーンに縁部でタッチした場合の当該力センサの感度は極めて低くなる。また、可撓性の低いタッチ・スクリーンが使用された場合にも感度が低くなる。
【００１１】
また、本発明によるデータ処理装置の更に他の実施例は、前記タッチ・スクリーンと第２のパネルとが相互に弾性的に結合されていることを特徴としている。この場合、タッチ・スクリーンは全体として第２のパネルに対して移動することができ、上述した感度の問題は発生しない。
【００１２】
また、本発明によるデータ処理装置の更に他の実施例は、前記タッチ・スクリーンが可撓性を有し、前記タッチ力センサはタッチ力を、測定された容量値から、検出されたタッチ位置による補正をして検出するようになっていることを特徴としている。層の曲がり程度は、発生される力と該力が発生される位置とに依存する。上記層の縁部が固定された場合、曲がりは力が縁から離れて発生されるにつれて増加する。力の量的な測定は、上記効果に対する補正を必要とする。好ましくは、タッチ面で測定されたタッチ位置が上記目的のために使用される。
【００１３】
また、本発明によるデータ処理装置の更に他の実施例は、画像を制御するための制御電極が設けられた画像表示面を有し、前記制御電極が第２及び／又は第３のパネルの一部を形成していることを特徴としている。この場合、タッチ力センサを、別の第２のパネルを必要とすることなく、例えば液晶表示器（ＬＣＤ）のような画像表示面と組み合わせることができる。ＬＣＤの制御電極は多数のライン電極からなっている。タッチ力センサに使用された場合、これらの全ての制御電極は、少なくとも測定電圧信号に関する限り（この信号は前述した通りパネル間の電圧の一成分であればよい）、他のパネルに対して同一の電圧差を帯びる。明らかなように、ライン電極上の他の電圧成分はＬＣＤ用に異なる制御電圧を含んでいてもよい。
【００１４】
また、本発明によるデータ処理装置の更に他の実施例は、前記タッチ力センサが前記制御電極を制御するライン周波数の高調波の間の周波数を持つ交流電圧に基づいて容量値を測定するようになっていることを特徴としている。このように、容量値は交流電圧を用いて簡単に測定することができる。交流電圧の使用によれば、表示器のライン周波数のような他の信号による力測定の妨害を選択的フィルタ動作（例えば同期復調を用いた）により防止することが可能となる。１５，６２５Ｈｚなるライン周波数に対しては、例えば２２ｋＨｚなる測定周波数を用いることができる。
【００１５】
例えば表示器インターフェースによるライン駆動又は表示器照明（通常２５ｋＨｚを超える周波数で駆動される）のような力測定を妨害し易い源は、予め判る。その場合には、前もって適切な測定周波数を選択することができる。
【００１６】
また、本発明によるデータ処理装置の更に他の実施例は、前記タッチ・スクリーンのタッチが検出されていない場合に複数の周波数の前記交流電圧に関して妨害測定を行い、前記容量値の測定に際しては上記周波数の中の比較的妨害の少ない周波数を選択して使用するように構成されていることを特徴とする。この場合には、例えば特定されていない周波数の表示器照明のような未知の妨害源の場合にも適切な測定周波数を選定することができる。また、タッチの検出は例えばタッチ位置センサを用いて実現することができる。
【００１７】
上記測定周波数は、組立に際して全てに関して一度に又は使用中に繰り返して選択することができる。更に、タッチの検出がない場合は前記容量値を力が発生されていない状態で測定することができる。この値は、発生された力を容量値から計算する場合の基準として役立つ。
【００１８】
また、本発明によるデータ処理装置の更に他の実施例は、前記第２又は第３のパネルが磁気触針位置センサ用の導体トラック系を構成していることを特徴としている。この場合、力センサはタッチ面及び磁気位置センサと組み合わせることができる。
【００１９】
また、本発明によるデータ処理装置の更に他の実施例は、画像表示面を有すると共にタッチに応答して検出されたタッチ位置に対応する前記画像表示面上の位置に画像を形成するように構成され、当該装置は検出されたタッチ力が大きくなるにつれて前記画像を拡大するようになっていることを特徴とする。例えば、線を描く場合の画像パターンは、円のようなブラシ素子とする場合がある。この画像パターンはタッチ位置が変化されても維持されるので、使用者は太さの変化する線を、力を変化させながらタッチ位置をスクリーン上で移動させることにより描くことができる。
【００２０】
また、本発明によるデータ処理装置の更に他の実施例は、当該装置が検出されたタッチ力を複数の閾値と比較し、超えた閾値に依存して異なる処理を実行するようになっていることを特徴としている。このようにすれば、力を例えばアイコンの選択とか、又は力の増加に伴うダブル・クリック機能の実施に利用することが可能である。
【００２１】
【実施例】
図１は、タッチ・スクリーンを備える液晶表示装置（ＬＣＤ）の概略側面図である。なお、この図において本発明に必須でない部分は簡略化のため図示を省略してある。この側面図は、透明導電性パネル１０（例えば、ＩＴＯ）、ガラス基板１１及びＬＣＤ１４を順次示している。ＬＣＤ１４の第１及び第２制御電極１５及び１７が図示され、叉これらの間には液晶層１６が示されている。上記導電性パネル１０及び制御電極１５、１７はＬＣＤ１４の略全面にわたって（図の面に垂直に）延在している。また、ガラス基板１１とＬＣＤ１４とは例えばゴム製リングのような弾性要素１２a及び１２bを介して接続されており、該リングはＬＣＤ１４の全周に沿って又は周に部分的に沿って延在している。
【００２２】
動作中においては、前記パネル１０はタッチ位置センサとして作用する。尚、抵抗性導電層上のタッチ位置を決定する技術自体は既知であり、その例は例えば米国特許第4,853,498号及び米国特許第4,293,734号等に見ることができる。一例においては、上記技術を用いて異なる電極（図示略）によりパネル１０に電圧が印加される。この場合、タッチの影響により、パネル１０を介して（例えばパネル１０と接触指との間の容量及び、続いてアースに接触している人体を介して）電流が流れる。この結果、パネル１０上の各電極を介して測定可能な電流が流れる。そして、タッチ位置はこれらの電流の比率から計算することができる。
【００２３】
パネル１０にタッチ（接触）することにより、当該パネル１０上に力が発生し得る（図では矢印１８で示す）。ＬＣＤ１４が固定位置の場合は、上記力１８は弾性要素１２a及び１２bを圧縮し、従ってパネル１０とガラス基板１１とをＬＣＤ１４の方向へ変位（矢印１９で示す）させることになる。必要ならば、機械的案内部を設けて専らパネルの方向に変位が可能であるようにすることもできる。上記の変位１９は発生された力に比例する。
【００２４】
パネル１０とＣＬＤ１４の第１制御電極１５とがコンデンサ板を構成する。このコンデンサの容量値は上記板間の距離、従って前記力に依存する。かくして、容量値の測定により発生された力の決定が可能となる。この測定はパネル１０とＬＣＤ１４の略全面に延在する第１制御電極１５とを利用するので、上記容量値は比較的大きく、従って簡単に測定することができる。
【００２５】
上記容量値は、原理的にはパネル１０と第１制御電極１５との間に既知の電圧を印加し、この電圧に応答して流れ始める充電電流を測定することにより測定することができる（逆も可能である。即ち、既知の電流を付与し、その結果の電圧を測定する）。
【００２６】
しかしながら、測定された上記の容量値は例えばパネル１０に接触する指等の容量効果により妨害を受ける可能性がある。結果として、未だ力１８が発生されていないのに、前記電圧の印加に応答して付加的な電流がパネル１０に流れ始める可能性がある。前記容量と指とにより生じる効果の相対的な大きさに依存して、力の測定が全く不正確になる可能性がある。
【００２７】
上記問題は電圧印加と電流測定との適切な構成を選択することにより解消することができる。そのような構成が図２に概念的に示されている。この図は力の測定に寄与する構成部分のみを示し、即ちＬＣＤ１４の制御用の電圧源及び電流メータ並びに位置センサは明瞭化のために省略してある。ここで、パネル１０は第１のコンデンサ板３０として表し、ＬＣＤ１４の第１制御電極１５は第２のコンデンサ板３１として表し、ＬＣＤ１４の第２制御電極１７は第３のコンデンサ板３２として表してある。第１のコンデンサ板３０と第２のコンデンサ板３１との間（パネル１０と第１制御電極１５との間）には電圧源３５が配設される。第２のコンデンサ板３１と第３のコンデンサ板３２（ＬＣＤ１４の第１制御電極１５と第２制御電極１７）は相互接続される。（このことは、第２のコンデンサ板３１と第３のコンデンサ板３２との間の電圧のうちの容量を測定するための成分に関してのみ成り立つものであることは明かであろう。従って、ＬＣＤ１４を制御するに要する成分等の上記電圧の他の成分に関しては、第２のコンデンサ板３１と第３のコンデンサ板３２との間に電圧源が存在する。）
【００２８】
第２のコンデンサ板３１への給電線には電流メータ３６が介挿され、該電流メータは第１のコンデンサ板３０と第３のコンデンサ板３２とから第２のコンデンサ板３１へ流れる電流を測定する（勿論、上記コンデンサ板３０、３２から電流が流れる限りにおいて）。前記容量値、又は少なくともその変化、は３５で印加される電圧と、３６で測定される電流との比率から決定することができる（勿論この逆も可能である。即ち、電流メータの代わりの電流源３６により電流を供給し、電圧源の代わりの電圧メータ３５により電圧を測定する）。
【００２９】
使用中のパネル１０のタッチによる容量効果は、上記のようにして除去される。何故なら、パネルにタッチする指によりパネル１０を介して流出する電流は、当該装置内に正味の電荷が蓄積されてはならないなら、タッチ・スクリーンとＬＣＤとにより形成されるアセンブリに帰還しなければならないからである。この帰還電流は、ＬＣＤ１４が使用者により保持されている場合は例えばＬＣＤ１４の第２制御電極１７を介して流れるが、第１制御電極１５を介して流れることはない。何故なら、第１制御電極１５はパネル１０と第２制御電極１７との間に位置しているからである。このように、タッチによる第１のコンデンサ板３０への電流は第３のコンデンサ板３２からの電流により相殺される。従って、タッチはパネル１０と第１制御電極１５との間の押圧（即ち、所望の効果）による電流メータ３６を介しての電流のみを生じさせる。
【００３０】
上記に関しては、第１制御電極１５と第２制御電極１７との間のＬＣＤ制御用の電圧成分は電流メータ３６を介する電流の測定成分を妨害しないと仮定する。
【００３１】
第３図は、他のタッチ・スクリーンとＬＣＤとの他のアセンブリを概念的に示す断面図である。この断面図は、第１の透明導電性パネル２１と、ガラス基板２２と、透明導電層２３と、弾性要素２４a、２４bと、透明な第１制御電極２５と、液晶層２６と、第２制御電極２７とを順次示している。この場合、第１制御電極２５と透明導電層２３は第２パネル及び第３パネルを各々構成している。
【００３２】
力が発生されると、タッチ・スクリーン、即ち第１パネル２１とガラス基板２２と第３パネル２３とにより形成されるアセンブリ、は第１制御電極２５の方向に移動するので、第３パネル２３と第１制御電極（第２パネル）２５とにより形成されるコンデンサの容量値は増加する。
【００３３】
上記容量値を測定するための魅力的な方法が第４図に構成として示されている。図４は第１、第２及び第３コンデンサ板５０、５１及び５２を各々概念的に示し、これらコンデンサ板は前記第１パネル２１、第３パネル２３及び第２パネル（第１制御電極２５）に各々対応している。この場合、第２コンデンサ板５１と第３コンデンサ板５２との間に電圧源５５が接続される。また、第１コンデンサ板５０と第２コンデンサ板５１とは相互接続される（このことは、これら２つのコンデンサ板の間には、力の測定に使用される電圧の成分に関する限りは、電圧差は存在しないことを意味する）。第２コンデンサ板５１への給電線には電流メータ５６が介挿され、該電流メータは第１コンデンサ板５０と第３コンデンサ板５２とから第２コンデンサ板５１へ流れる電流を測定する。更に、第１コンデンサ板５０への給電線には他の電流メータ５７が示されている。
【００３４】
上記構成による動作は、電圧が第３パネル２３と第２パネル（第１制御電極２５）との間に印加される点を除いて（即ち、この場合も相対的に移動し得る２つの隣接するコンデンサ板の間となる）、図２を参照して説明した構成におけるものと同一である。
【００３５】
上記に関し、図４においてもタッチ位置の測定用及びＬＣＤの制御用の電圧源は省略してある。使用中においては、異なる電圧が第１パネル２１及び制御電極２５にタッチ位置を測定するため及びＬＣＤを制御するために各々印加される。尚、前記他の電流メータ５７は第１パネル２１に種々の位置で接続された多数の電流メータを表している。そして、これらの電流メータは第１コンデンサ板への電流を測定するように作用し、これらからタッチ位置が決定される。
【００３６】
タッチ位置の測定に際し、第３パネル２３は第１パネル２１と制御電極２５、２７との間の遮蔽としても作用する。制御電極２５、２７からの漏れ場は第３パネル２３により阻止されるので、それら場が第１パネル２１に電流を生じさせることはない。従って、タッチ位置の測定は漏れ場により妨害されることはない（逆に、ＬＣＤの制御は第１パネル２１上の測定電圧が小さな効果であるならば該測定電圧により妨害されることはない）。
【００３７】
図５は、更に他のタッチ・スクリーンとＬＣＤとの更に他のアセンブリの概念的断面図である。この断面図は第１導電性パネル４０と、第１制御電極４１と、液晶層４２と、第２制御電極４３と、弾性要素４４a、４４bと、第３パネル４５と、第２パネル（導電層４６）とを順次示している。
【００３８】
第１パネル４０上に力が発生されると、第１パネル４０、第１制御電極４１、液晶層４２及び第２制御電極４３により形成されるアセンブリは第３パネル４５に向かって移動し、これにより第３パネル４５と第２制御電極４３とにより形成されるコンデンサの容量値は増加する。この容量値は、好ましくは、図２に示した構成により測定され、その場合第１、第２及び第３のコンデンサ板は第２制御電極４３、第３パネル４５及び導電層（第２パネル）４６に各々対応する。前述したように、上記導電層４６は例えばＬＣＤが金属テーブル上に載置された場合のような好ましくない容量性効果を防止するように作用する。
【００３９】
必要ならば、磁気位置センサ（ディジタイザ・タブレットとしても知られている）の導体パターンを第２制御電極４３と第３パネル４５との間に設けることもできる。このセンサは磁場を発生する触針（スタイラス）が表示器に接触する位置を測定するよう作用する。その場合、上記センサの導体パターンは第２制御電極４３の代わりにコンデンサ板として作用する。
【００４０】
図６は、発生された力の測定を処理するための回路の一実施例を示している。この図は、例示として、第１コンデンサ板５０、第２コンデンサ板５１、第３コンデンサ板５２、電圧源５５及び電流メータ５６を備えた図４の構成を含んでいる。
【００４１】
上記回路は、前記電圧源５５を駆動するための駆動回路６０を有している。また、上記電流メータ５６は狭帯域検波器６２、減算手段６４及び位置依存型補正手段６５の縦続接続に接続されている。減算手段６４には零力の容量のためのメモリ６７が結合されている。また、位置依存型補正手段６５には位置センサ６８が結合されている。
【００４２】
動作中においては、駆動回路６０は例えば２２ｋＨｚのような所定の周波数の交流電圧を発生し、この交流電圧は電圧源５５により第２コンデンサ板５１と第３コンデンサ板５２との間に印加される。これに応答して、電流メータ５６を介して電流が流れる。そして、測定された電流は狭帯域検波器６２に供給される。この電流の振幅は容量値の尺度となる。上記狭帯域検波器６２は、実質的に、発生された周波数（２２ｋＨｚ）の信号のみを検出し、当該電流の振幅に比例した信号を出力する。減算手段６４は上記信号から零値、即ち力が発生されていない場合の電流振幅、を減算する。
【００４３】
上記減算手段６４の出力端における信号は原理的には発生された力の尺度となる。しかしながら、容量変化は力に依存するのみならず該力が発生される位置にも依存することが分かった。このことは前記弾性要素２４a、２４bが可撓性の無い又は殆ど可撓性の無い接続部に置換される場合に特に当てはまる。そのような場合、容量変化はガラス基板２２の曲がりによる。所与の力に対するガラス基板２２の曲がりの程度は、該力が発生される位置に依存する。典型的な曲がりは、基板２２の中心で発生された１０Ｎの力に対して１ｍｍに達し、また第３パネル２３と第１制御電極２５との間の接続部で発生される力に対しては略零である。装置を小型にするため及び第１パネル２１と液晶層２６との間の視差を最少にするために、第３パネル２３と第１制御電極２５との間の距離は、好ましくは、上記曲がりよりは大きくしない。その場合は、曲がりがタッチ力効果のかなりの部分を決定する。
【００４４】
位置依存型補正手段６５及び位置センサ６８は、タッチ力と容量値の変化との間の関係の位置依存性を補正するために設けられている。位置センサ６８用としては好ましくは第１パネル２１が使用される。上記補正手段においては、測定された容量変化に、タッチ力が発生された位置に依存する補正係数が乗算される。
【００４５】
上記補正係数は原理的には薄板の弾性変形に関する式を用いて算出することができる。この計算は各タッチに対して又は全てのタッチに対して一度だけ実施することができ、その後補正係数は当該装置のルックアップ・テーブル中に位置の関数として記憶される。しかしながら、実際には、タッチ位置と補正係数との間の簡単な近似関係だけで充分であることが分かった。
【００４６】
単純ではあるが好適な実施例では、補正係数は力が発生される位置と第３パネル２３が第１制御電極２５に機械的に接続される最寄りの位置との間の距離に比例するものとされる。他の好適な例では、補正係数はスクリーンの中心に対して測定したタッチ位置のｘ及びｙ座標の各絶対値の和に比例するものとされる。
【００４７】
測定周波数としては例えば２２ｋＨｚが使用される。この周波数においては表示器用制御信号の通常の駆動周波数（例えば１５，６２５Ｈｚ）又はその高調波からの妨害を受けることがなく、しかも、この周波数はＬＣＤの背景照明（バックライト）用に使用される周波数（典型的には２５ｋＨｚ又はそれ以上）よりも低い。これによれば、他の信号が力の測定を妨害するのを防ぐことができる。逆に、上記周波数は制御電極２５、２７により表示器上に生成される画像への障害を防止するようにも選択されるが、この影響は小さい。
【００４８】
液晶層２６の一方の側における制御電極２５は多数のライン電極からなっている。前記測定周波数（２２ｋＨｚ）に関する限り、これらの電極は全て同一の電位を受ける。明らかではあるが、画像周波数（画像を発生するために必要な）に関しては、通常は異なるライン電極には異なる電位が印加される。このことは、例えば共通接続点と上記各線電極との間の画像を制御する各電圧源を用いることにより実現することができ、この場合上記共通接続点は電圧源５５を介して第３パネル２３に接続される。
【００４９】
狭帯域検波器６２の帯域幅は測定されるべき力の変化速度に対応し、典型的には数十ヘルツ（例えば５０Ｈｚ）に達する。この狭帯域検波器６２は、好ましくは、駆動回路６０の制御の下で同期検波を利用する。
【００５０】
零力用メモリ６７には、好ましくは、スクリーン上に力が発生されていない時点で狭帯域検波器６２の出力が記憶される。力が発生していないことは、第１パネル２１を介しての電流変化が測定されない際の前記位置センサ６８により検出することができる。このように、外側のコンデンサ板５０への電流の測定はタッチの検出に役立ち、中間のコンデンサ板５１への電流の測定は力の測定に役立つ。
【００５１】
駆動回路６０により発生される力センサの測定周波数は、ＬＣＤ及び位置センサにおける他の信号が可能な限り妨害とならないように、選択される。必要ならば、タッチ力がない場合に異なる測定周波数において妨害振幅を測定しておき、その後最も妨害の少なかった周波数の一つを力測定用に使用することができる。このような周波数の選択は、設計又は組立の際に全てに対して一度だけ、又は力が発生していない場合に規則的な間隔で繰り返し行うことができる。後者の場合は、例えば当該装置内のプロセッサ等の制御の下で行うことができる。
【００５２】
上記においては、測定を周波数選択的測定に関して説明した。他の例として、時間多重的測定も可能であり、その場合は力測定用に使用される電圧及び電流の成分は、表示器にＬＣＤ制御信号が供給されない時間スロット内における電圧及び電流とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、タッチ・スクリーンを備えた液晶表示装置（ＬＣＤ）の概略側面図、
【図２】 図２は、タッチ・スクリーン上の電圧印加及び電流測定用の構成を示す説明図、
【図３】 図３は、タッチ・スクリーンとＬＣＤとの他のアセンブリの概略断面図、
【図４】 図４は、タッチ・スクリーン上の電圧印加及び電流測定用の他の構成を示す説明図、
【図５】 図５は、タッチ・スクリーンとＬＣＤとの更に他のアセンブリの概略断面図、
【図６】 図６は、発生された力の測定を実施するための回路の一実施例を示すブロック図である。
【符号の説明】
２１…第１の透明導電性パネル、２２…ガラス基板、２３…透明導電層（第３のパネル）、２４a、２４b…弾性要素、２５…第１制御電極（第２のパネル）、２６…液晶層、２７…第２制御電極、５０…第１のコンデンサ板、５１…第２のコンデンサ板、５２…第３のコンデンサ板、５５…電圧源、５６…電流メータ。
【図１】
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【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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