(57)【要約】  本発明の入力装置は、入力部が接触可能に対向して配置されて、一方が操作対象となる電極部と、前記対向する電極部間に配設された感圧層と、を備えており、充放電波形形成部が、定電流源とスイッチング素子とキャパシタと抵抗とを有する充放電回路を含み、静電容量検出部と抵抗値検出部を接続することにより充放電波形を形成して、充放電波形演算部が、充放電波形形成部により形成された充放電波形に基づき、入力部における静電容量及び圧力の変化を検出して、操作状態、操作位置及び操作圧力を算出するよう構成されている。
2012176748.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的に接続可能に対向して配置され、一方が操作対象となる電極を有する電極部と、前記対向する電極部間に配設され、導電体の入力手段による前記操作対象の電極部に対する圧力に応じて電気抵抗が変化する感圧層と、を備えた入力部、
少なくとも定電流源とスイッチング素子とキャパシタと抵抗とを有する充放電回路を含み、前記入力部を接続することにより充放電波形を形成する充放電波形形成部、
前記充放電波形形成部により形成された充放電波形に基づき、前記入力部における静電容量と圧力の変化を検出して、前記入力手段の操作状態、操作位置及び操作圧力を算出する充放電波形演算部、及び
前記充放電波形演算部において算出された前記入力手段の操作状態、操作位置及び操作圧力を示す信号を出力する出力部、
を具備する、静電容量及び圧力の検出を併用した入力装置。
【請求項２】
前記入力部は、前記入力手段と前記操作対象の電極との間における静電容量を示す静電容量検出信号と、前記感圧層を介して電気的に接続された前記電極部間の抵抗値を示す抵抗値検出信号とを前記充放電波形形成部に出力するよう構成された請求項１に記載の入力装置。
【請求項３】
前記充放電波形形成部は、前記充放電回路の少なくとも放電時に前記入力部に接続して、静電容量検出信号と抵抗値検出信号に応じた前記充放電波形を形成するよう構成した請求項２に記載の入力装置。
【請求項４】
前記充放電波形演算部は、前記充放電波形形成部により形成された充放電波形における所定電圧間の放電時間を算出して、前記入力部における静電容量及び圧力の変化を検知し、操作対象の前記電極部における前記入力手段の操作状態、操作位置及び操作圧力を示す信号を形成するよう構成された請求項３に記載の入力装置。
【請求項５】
前記充放電波形形成部は、前記充放電回路の少なくとも充電時に前記入力部に接続して、静電容量検出信号と抵抗値検出信号に応じた前記充放電波形を形成するよう構成した請求項２に記載の入力装置。
【請求項６】
前記充放電波形演算部は、前記充放電波形形成部により形成された充放電波形における所定電圧間の充電時間を算出して、前記入力部における静電容量及び圧力の変化を検知し、操作対象の前記電極部における前記入力手段の操作状態、操作位置及び操作圧力を示す信号を形成するよう構成された請求項５に記載の入力装置。
【請求項７】
前記充放電波形形成部は、前記充放電回路の充放電時に前記入力部に接続して、静電容量検出信号と抵抗値検出信号に応じた前記充放電波形を形成するよう構成した請求項２に記載の入力装置。
【請求項８】
前記充放電波形演算部は、前記充放電波形形成部により形成された充放電波形における所定電圧間の充放電時間を算出して、前記入力部における静電容量及び圧力の変化を検知し、操作対象の前記電極部における前記入力手段の操作状態、操作位置及び操作圧力を示す信号を形成するよう構成された請求項７に記載の入力装置。
【請求項９】
前記電極部及び前記感圧層が光透過性材料で形成され、前記電極部及び前記感圧層を通して、当該入力装置が設けられた表示装置の画面を目視して操作できるよう構成された請求項１乃至８のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項１０】
平行な複数の第１電極線を有し、導電体の入力手段による操作対象となる第１電極部と、
前記複数の第１電極線に直交してマトリックス状に接離可能に配置され、前記第１電極部に対向する複数の第２電極線を有する第２電極部と、
前記対向する前記第１電極部と前記第２電極部との間に配設されて、前記第１電極部に対する前記入力手段の押圧力により前記第１電極部と前記第２電極部とにより挟着され、当該挟着の圧力に応じて電気抵抗が変化する感圧層と、を備える入力部、
前記入力部が接続されて、前記入力手段と前記第１電極部及び前記第１電極部と前記第２電極部の間における静電容量を示す静電容量検出信号と、前記感圧層を介して電気的に接続された前記第１電極部と前記第２電極部との間の電気抵抗値を示す抵抗値検出信号が前記入力部から入力され、前記入力手段の操作状態、操作位置及び操作圧力を検知するよう構成された検出回路、
前記複数の第１電極線のそれぞれと前記検出回路との間を接離する複数のスイッチング素子を有する第１駆動部、
前記複数の第２電極線のそれぞれと前記検出回路との間を接離する複数のスイッチング素子を有する第２駆動部、及び
前記第１駆動部と前記第２駆動部を駆動制御する制御部、
を具備する感圧機能付き静電容量方式ハイブリッドタッチパネル。
【請求項１１】
前記制御部は、前記複数の第１電極線において隣り合う所定数毎に纏めた複数の第１電極線群を第１検知電極として、前記第１駆動部における前記第１検知電極に対応するスイッチング素子をオンオフ制御して、前記複数の第１電極線群を駆動制御するとともに、前記複数の第２電極線を第２検知電極として駆動制御するよう構成された請求項１０に記載のハイブリッドタッチパネル。
【請求項１２】
前記制御部は、前記複数の第２電極線から間引きした選択された第２電極線を第２検知電極として、前記第２駆動部における前記第２検知電極に対応するスイッチング素子をオンオフ制御して、前記選択された第２電極線を駆動制御するよう構成された請求項１１に記載のハイブリッドタッチパネル。
【請求項１３】
前記制御部は、前記複数の第２電極線において隣り合う所定数毎に纏めた複数の第２電極線群を第２検知電極として、前記第２駆動部における前記第２検知電極に対応するスイッチング素子をオンオフ制御して、前記複数の第２電極線群を駆動制御するよう構成された請求項１１に記載のハイブリッドタッチパネル。
【請求項１４】
前記検出回路は、
少なくとも定電流源とスイッチング素子とキャパシタと抵抗とを有する充放電回路を含み、前記静電容量検出信号と前記抵抗値検出信号が入力され充放電波形を形成する充放電波形形成部、及び
前記充放電波形形成部により形成された充放電波形に基づき、前記静電容量検出信号と前記抵抗値検出信号における静電容量及び圧力の変化を検出して、前記入力手段の操作状態、操作位置及び操作圧力を算出する充放電波形演算部、を備える請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載のハイブリッドタッチパネル。
【請求項１５】
充放電波形形成部は、前記充放電回路の少なくとも放電時に前記入力部に接続して、静電容量検出信号と抵抗値検出信号に応じた前記充放電波形を形成するよう構成した請求項１４に記載のハイブリッドタッチパネル。
【請求項１６】
前記充放電波形演算部は、前記充放電波形形成部により形成された充放電波形における所定電圧間の放電時間を算出して、前記入力部における静電容量及び圧力の変化を検知し、操作対象の前記電極部における前記入力手段の操作状態、操作位置及び操作圧力を示す信号を形成するよう構成された請求項１５に記載のハイブリッドタッチパネル。
【請求項１７】
充放電波形形成部は、前記充放電回路の少なくとも充電時に前記入力部に接続して、静電容量検出信号と抵抗値検出信号に応じた前記充放電波形を形成するよう構成した請求項１４に記載のハイブリッドタッチパネル。
【請求項１８】
前記充放電波形演算部は、前記充放電波形形成部により形成された充放電波形における所定電圧間の充電時間を算出して、前記入力部における静電容量及び圧力の変化を検知し、操作対象の前記電極部における前記入力手段の操作状態、操作位置及び操作圧力を示す信号を形成するよう構成された請求項１７に記載のハイブリッドタッチパネル。
【請求項１９】
充放電波形形成部は、前記充放電回路の充放電時に前記入力部に接続して、静電容量検出信号と抵抗値検出信号に応じた前記充放電波形を形成するよう構成した請求項１４に記載のハイブリッドタッチパネル。
【請求項２０】
前記充放電波形演算部は、前記充放電波形形成部により形成された充放電波形における所定電圧間の充放電時間を算出して、前記入力部における静電容量及び圧力の変化を検知し、操作対象の前記電極部における前記入力手段の操作状態、操作位置及び操作圧力を示す信号を形成するよう構成された請求項１９に記載のハイブリッドタッチパネル。
【請求項２１】
前記電極部及び前記感圧層が光透過性材料で形成され、前記電極部及び前記感圧層を通して、当該ハイブリッドタッチパネルが設けられた表示装置の画面を目視して操作できるよう構成された請求項１０乃至２０のいずれか一項に記載のハイブリッドタッチパネル。
【請求項２２】
前記入力部がフィルム状の表示装置上に設けられ、表示装置を介して操作されるよう構成された請求項１０乃至２０のいずれか一項に記載のハイブリッドタッチパネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指などの入力手段を用いて画面上に表示された特定の領域を操作するための入力装置に関し、特に静電容量及び圧力の検出を併用した入力装置および感圧機能付き静電容量方式ハイブリッドタッチパネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、画面上に表示された特定の領域を入力手段、例えば指などの導電体や、スタイラスなどの不導体などの操作により各種の情報を電子機器に入力するための入力装置としてのタッチパネルが開発され、市場に提供されている。タッチパネルにおいて用いられている入力方式としては、抵抗膜方式、静電容量方式などの各種方式が実用されている。抵抗膜方式は、対向する抵抗膜（電極）の一方の抵抗膜に電圧を印加して、操作した位置に応じた電圧の変化を他方の抵抗膜において検出することにより、入力手段が操作した位置を検知するものである（例えば、特許文献１参照。）。静電容量方式としては、入力手段と導電膜との間の静電容量の変化、又は導電膜（電極）間の静電容量の変化を検出して、入力手段が操作した位置を検知するものである（例えば、特許文献２参照。）。静電容量方式においては入力手段が導電膜に接触する直前の状態においても位置検出が可能であるため、抵抗膜方式の入力装置に静電容量方式を近接センサーとして用いた構成も提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１５２４６８号公報
【特許文献２】特開２００９−１７５７８４号公報
【特許文献３】特開２０１０−２３１５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年の電子機器における入力装置においては、画面上に表示された特定の領域に対して入力手段の種類、例えば入力手段が指かスタイラスであるかに拘らず、簡単な操作により、より多くの情報を精度高く、素早く入力することが重要な課題となってきている。この課題を解決するものとして、入力手段の画面に対する押圧力を検出するために圧力検出素子を用いて、その圧力検出素子の検出結果（圧力情報）を情報の１つとするものが考えられている。しかしながら、このような圧力検出素子を電子機器における入力装置に用いるためには、圧力検出素子を設けるための特別な領域が必要になるとともに、特別な回路構成を構築する必要がある。【０００５】
本発明は、簡単な回路構成により静電容量、抵抗及び圧力を検出して位置情報を含む各種情報を電子機器に入力することができる入力装置の提供を目的とするものであり、簡単な入力手段の操作により各種情報を精度高く、且つ素早く入力することができる汎用性の高い入力装置の実現を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る第１の態様の入力装置は、電気的に接続可能に対向して配置され、一方が操作対象となる電極を有する電極部と、前記対向する電極部間に配設され、導電体の入力手段による前記操作対象の電極部に対する圧力に応じて電気抵抗が変化する感圧層と、を備えた入力部、少なくとも定電流源とスイッチング素子とキャパシタと抵抗とを有する充放電回路を含み、前記入力部を接続することにより充放電波形を形成する充放電波形形成部、前記充放電波形形成部により形成された充放電波形に基づき、前記入力部における静電容量と圧力の変化を検出して、前記入力手段の操作状態、操作位置及び操作圧力を算出する充放電波形演算部、及び前記充放電波形演算部において算出された前記入力手段の操作状態、操作位置及び操作圧力を示す信号を出力する出力部、を具備する。このように構成された本発明の第１の態様の入力装置は、簡単な回路構成により静電容量及び圧力の変化を検出して、操作状態、操作位置、及び操作圧力の情報を電子機器に入力することができる。【０００７】
本発明に係る第２の態様の入力装置においては、前記の第１の態様の前記入力部が、前記入力手段と前記操作対象の電極との間における静電容量を示す静電容量検出信号と、前記感圧層を介して電気的に接続された前記電極部間の抵抗値を示す抵抗値検出信号とを前記充放電波形形成部に出力するよう構成されている。このように構成された本発明の第２の態様の入力装置は、検出された静電容量検出信号と抵抗値検出信号により充放電波形を形成して、当該充放電波形に静電容量及び圧力の変化が現れるように構成されている。【０００８】
本発明に係る第３の態様の入力装置においては、前記の第２の態様の前記充放電波形形成部が、前記充放電回路の少なくとも放電時に前記入力部に接続して、静電容量検出信号と抵抗値検出信号に応じた前記充放電波形を形成するよう構成されている。このように構成された本発明の第３の態様の入力装置は、充放電波形における放電時の波形において静電容量及び圧力の変化が現れるように構成して、操作状態、操作位置、及び操作圧力の検知することが可能となる。【０００９】
本発明に係る第４の態様の入力装置においては、前記の第３の態様の前記充放電波形演算部が、前記充放電波形形成部により形成された充放電波形における所定電圧間の放電時間を算出して、前記入力部における静電容量及び圧力の変化を検知し、操作対象の前記電極部における前記入力手段の操作状態、操作位置及び操作圧力を示す信号を形成するよう構成されている。このように構成された本発明の第４の態様の入力装置は、充放電波形における放電時の波形に基づいて、静電容量及び圧力の変化を検出して、操作状態、操作位置、及び操作圧力を精度高く検知することができる。【００１０】
本発明に係る第５の態様の入力装置においては、前記の第２の態様の前記充放電波形形成部が、前記充放電回路の少なくとも充電時に前記入力部に接続して、静電容量検出信号と抵抗値検出信号に応じた前記充放電波形を形成するよう構成されている。このように構成された本発明の第５の態様の入力装置は、充放電波形における充電時の波形において静電容量及び圧力の変化が現れるように構成して、操作状態、操作位置、及び操作圧力の検知することが可能となる。【００１１】
本発明に係る第６の態様の入力装置においては、前記の第５の態様の前記充放電波形演算部が、前記充放電波形形成部により形成された充放電波形における所定電圧間の充電時間を算出して、前記入力部における静電容量及び圧力の変化を検知し、操作対象の前記電極部における前記入力手段の操作状態、操作位置及び操作圧力を示す信号を形成するよう構成されている。このように構成された本発明の第６の態様の入力装置は、充放電波形における充電時の波形に基づいて、静電容量及び圧力の変化を検出して、操作状態、操作位置、及び操作圧力を精度高く検知することができる。【００１２】
本発明に係る第７の態様の入力装置においては、前記の第２の態様の前記充放電波形形成部が、前記充放電回路の充放電時に前記入力部に接続して、静電容量検出信号と抵抗値検出信号に応じた前記充放電波形を形成するよう構成されている。このように構成された本発明の第７の態様の入力装置は、充放電波形における充放電時の波形において静電容量及び圧力の変化が現れるように構成して、操作状態、操作位置、及び操作圧力の検知することが可能となる。【００１３】
本発明に係る第８の態様の入力装置においては、前記の第７の態様の前記充放電波形演算部が、前記充放電波形形成部により形成された充放電波形における所定電圧間の充放電時間を算出して、前記入力部における静電容量及び圧力の変化を検知し、操作対象の前記電極部における前記入力手段の操作状態、操作位置及び操作圧力を示す信号を形成するよう構成されている。このように構成された本発明の第８の態様の入力装置は、充放電波形における充放電時の波形に基づいて、静電容量及び圧力の変化を検出して、操作状態、操作位置、及び操作圧力を精度高く検知することができる。【００１４】
本発明に係る第９の態様の入力装置においては、前記の第１乃至第８の態様の前記電極部及び前記感圧層が光透過性材料で形成され、前記電極部及び前記感圧層を通して、当該入力装置が設けられた表示装置の画面を目視して操作できるよう構成されている。このように構成された本発明の第９の態様の入力装置は、表示装置に対して優れた操作性を有す装置を構築することができる。【００１５】
本発明に係る第１０の態様の入力装置としてのハイブリッドタッチパネルは、感圧機能付き静電容量方式ハイブリッドタッチパネルであり、平行な複数の第１電極線を有し、導電体の入力手段による操作対象となる第１電極部と、前記複数の第１電極線に直交してマトリックス状に接離可能に配置され、前記第１電極部に対向する複数の第２電極線を有する第２電極部と、前記対向する前記第１電極部と前記第２電極部との間に配設されて、前記第１電極部に対する前記入力手段の押圧力により前記第１電極部と前記第２電極部とにより挟着され、当該挟着の圧力に応じて電気抵抗が変化する感圧層と、を備える入力部、前記入力部が接続されて、前記入力手段と前記第１電極部及び前記第１電極部と前記第２電極部の間における静電容量を示す静電容量検出信号と、前記感圧層を介して電気的に接続された前記第１電極部と前記第２電極部との間の電気抵抗値を示す抵抗値検出信号が前記入力部から入力され、前記入力手段の操作状態、操作位置及び操作圧力を検知するよう構成された検出回路、前記複数の第１電極線のそれぞれと前記検出回路との間を接離する複数のスイッチング素子を有する第１駆動部、前記複数の第２電極線のそれぞれと前記検出回路との間を接離する複数のスイッチング素子を有する第２駆動部、及び前記第１駆動部と前記第２駆動部を駆動制御する制御部、を具備する。このように構成された本発明に係る第１０の態様のハイブリッドタッチパネルは、簡単な回路構成により静電容量及び圧力（抵抗値）の変化を検出することができ、入力部から静電容量検出信号と抵抗値検出信号が検出回路に入力されて、操作状態、操作位置、及び操作圧力を精度高く検知することができる。【００１６】
本発明に係る第１１の態様の入力装置としてのハイブリッドタッチパネルにおいては、前記の第１０の態様の前記制御部が、前記複数の第１電極線において隣り合う所定数毎に纏めた複数の第１電極線群を第１検知電極として、前記第１駆動部における前記第１検知電極に対応するスイッチング素子をオンオフ制御して、前記複数の第１電極線群を駆動制御するとともに、前記複数の第２電極線を第２検知電極として駆動制御するよう構成されている。このように構成された本発明に係る第１１の態様のハイブリッドタッチパネルは、静電容量及び圧力（抵抗値）の変化を精度高く検出して、操作状態、操作位置、及び操作圧力の情報を出力することができる。【００１７】
本発明に係る第１２の態様の入力装置としてのハイブリッドタッチパネルにおいては、前記の第１１の態様の前記制御部が、前記複数の第２電極線から間引きした選択された第２電極線を第２検知電極として、前記第２駆動部における前記第２検知電極に対応するスイッチング素子をオンオフ制御して、前記選択された第２電極線を駆動制御するよう構成されている。このように構成された本発明に係る第１２の態様のハイブリッドタッチパネルは、簡単な回路構成により精度の高い静電容量の検出が可能となる。【００１８】
本発明に係る第１３の態様の入力装置としてのハイブリッドタッチパネルにおいては、前記の第１１の態様の前記制御部が、前記複数の第２電極線において隣り合う所定数毎に纏めた複数の第２電極線群を第２検知電極として、前記第２駆動部における前記第２検知電極に対応するスイッチング素子をオンオフ制御して、前記複数の第２電極線群を駆動制御するよう構成されている。このように構成された本発明に係る第１３の態様のハイブリッドタッチパネルは、簡単な回路構成により精度の高い静電容量の検出が可能となる。【００１９】
本発明に係る第１４の態様の入力装置としてのハイブリッドタッチパネルにおいては、前記の第１０乃至第１３の態様の前記検出回路が、少なくとも定電流源とスイッチング素子とキャパシタと抵抗とを有する充放電回路を含み、前記静電容量検出信号と前記抵抗値検出信号が入力され充放電波形を形成する充放電波形形成部、及び前記充放電波形形成部により形成された充放電波形に基づき、前記静電容量検出信号と前記抵抗値検出信号における静電容量及び圧力の変化を検出して、前記入力手段の操作状態、操作位置及び操作圧力を算出する充放電波形演算部、を備えている。このように構成された本発明に係る第１４の態様のハイブリッドタッチパネルは、入力部からの静電容量検出信号と抵抗値検出信号に基づく充放電波形を形成して、静電容量及び圧力の変化を検出し、操作状態、操作位置、及び操作圧力を精度高く検知することができる。【００２０】
本発明に係る第１５の態様の入力装置としてのハイブリッドタッチパネルにおいては、前記の第１４の態様の充放電波形形成部が、前記充放電回路の少なくとも放電時に前記入力部に接続して、静電容量検出信号と抵抗値検出信号に応じた前記充放電波形を形成するよう構成されている。このように構成された本発明に係る第１５の態様のハイブリッドタッチパネルは、充放電波形における放電時の波形において静電容量及び圧力の変化が現れるように構成して、操作状態、操作位置、及び操作圧力の検知することが可能となる。【００２１】
本発明に係る第１６の態様の入力装置としてのハイブリッドタッチパネルにおいては、前記の第１５の態様の前記充放電波形演算部が、前記充放電波形形成部により形成された充放電波形における所定電圧間の放電時間を算出して、前記入力部における静電容量及び圧力の変化を検知し、操作対象の前記電極部における前記入力手段の操作状態、操作位置及び操作圧力を示す信号を形成するよう構成されている。このように構成された本発明に係る第１６の態様のハイブリッドタッチパネルは、充放電波形における放電時の波形に基づいて、静電容量及び圧力の変化を検出して、操作状態、操作位置、及び操作圧力を精度高く検知することができる。【００２２】
本発明に係る第１７の態様の入力装置としてのハイブリッドタッチパネルにおいては、前記の第１４の態様の充放電波形形成部が、前記充放電回路の少なくとも充電時に前記入力部に接続して、静電容量検出信号と抵抗値検出信号に応じた前記充放電波形を形成するよう構成されている。このように構成された本発明に係る第１７の態様のハイブリッドタッチパネルは、充放電波形における充電時の波形において静電容量及び圧力の変化が現れるように構成して、操作状態、操作位置、及び操作圧力の検知することが可能となる。【００２３】
本発明に係る第１８の態様の入力装置としてのハイブリッドタッチパネルにおいては、前記の第１７の態様の前記充放電波形演算部は、前記充放電波形形成部により形成された充放電波形における所定電圧間の充電時間を算出して、前記入力部における静電容量及び圧力の変化を検知し、操作対象の前記電極部における前記入力手段の操作状態、操作位置及び操作圧力を示す信号を形成するよう構成されている。このように構成された本発明に係る第１８の態様のハイブリッドタッチパネルは、充放電波形における充電時の波形に基づいて、静電容量及び圧力の変化を検出して、操作状態、操作位置、及び操作圧力を精度高く検知することができる。【００２４】
本発明に係る第１９の態様の入力装置としてのハイブリッドタッチパネルにおいては、前記の第１４の態様の充放電波形形成部が、前記充放電回路の充放電時に前記入力部に接続して、静電容量検出信号と抵抗値検出信号に応じた前記充放電波形を形成するよう構成されている。このように構成された本発明に係る第１９の態様のハイブリッドタッチパネルは、充放電波形における充放電時の波形において静電容量及び圧力の変化が現れるように構成して、操作状態、操作位置、及び操作圧力の検知することが可能となる。【００２５】
本発明に係る第２０の態様の入力装置としてのハイブリッドタッチパネルにおいては、前記の第１９の態様の前記充放電波形演算部が、前記充放電波形形成部により形成された充放電波形における所定電圧間の充放電時間を算出して、前記入力部における静電容量及び圧力の変化を検知し、操作対象の前記電極部における前記入力手段の操作状態、操作位置及び操作圧力を示す信号を形成するよう構成されている。このように構成された本発明に係る第２０の態様のハイブリッドタッチパネルは、充放電波形における充放電時の波形に基づいて、静電容量及び圧力の変化を検出して、操作状態、操作位置、及び操作圧力を精度高く検知することができる。【００２６】
本発明に係る第２１の態様の入力装置としてのハイブリッドタッチパネルにおいては、前記の第１０乃至第２０の態様の前記電極部及び前記感圧層が光透過性材料で形成され、前記電極部及び前記感圧層を通して、当該ハイブリッドタッチパネルが設けられた表示装置の画面を目視して操作できるよう構成されている。このように構成された本発明に係る第２１の態様のハイブリッドタッチパネルは、表示装置に対して優れた操作性を有す装置を構築することができる。【００２７】
本発明に係る第２２の態様の入力装置としてのハイブリッドタッチパネルにおいては、前記の第１０乃至第２０の態様の前記入力部がフィルム状の表示装置上に設けられ、表示装置を介して操作されるよう構成されている。このように構成された本発明に係る第２２の態様のハイブリッドタッチパネルは、フィルム状の表示装置、例えば有機ＥＬ（ＯＬＥＤ）の入力装置として操作状態、操作位置、及び操作圧力を精度高く検知することができるものとなる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、入力手段の簡単な操作により各種情報を精度高く、且つ素早く入力することができる汎用性の高い入力装置を実現することができ、簡単な回路構成により静電容量、抵抗及び圧力を確実に検出して、それぞれの検出結果に基づいて多くの情報を電子機器に入力することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る実施の形態１の入力装置における入力部の断面構成を模式的に示す図
【図２】本発明に係る実施の形態１の入力装置の構成を示すブロック図
【図３】本発明に係る実施の形態１の入力装置における充放電波形形成部の回路構成を示す図
【図４】本発明に係る実施の形態１の入力装置における充放電波形形成部の各要素における波形図
【図５】本発明に係る実施の形態１の入力装置において静電容量及び圧力の検出を行う検出シーケンスを示すフローチャート
【図６】本発明に係る実施の形態２のハイブリッドタッチパネルにおける入力部の断面構成を模式的に示した図
【図７】本発明に係る実施の形態２のハイブリッドタッチパネルにおける入力部１のマトリックス構成とスイッチング素子の構成を示す説明図
【図８】本発明に係る実施の形態２のハイブリッドタッチパネルの構成を示すブロック図
【図９】本発明に係る実施の形態２のハイブリッドタッチパネルにおける充放電波形形成部の回路構成を示す図
【図１０】本発明に係る実施の形態２のハイブリッドタッチパネルにおける充放電波形形成部の各要素における波形図
【図１１】本発明に係る実施の形態２のハイブリッドタッチパネルにおいて静電容量及び圧力の検出を行う各検出点の検出シーケンスを示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の入力装置に係る具体的な実施の形態について添付の図面を参照して説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に記載した具体的な構成に限定されるものではなく、実施の形態において説明する技術的思想と同様の技術及び当技術分野における技術常識に基づいて構成される範囲を含むものである。
【００３１】
《実施の形態１》
図１は、本発明に係る実施の形態１の入力装置における入力部の断面構成を模式的に示す図である。なお、実施の形態１の入力装置は、携帯型電子装置に設けられたタッチパネルであり、表示装置の液晶画面上に設けられている。この入力装置は、全体的に光透過性の材料で形成されている例で説明する。したがって、実施の形態１の入力装置は、液晶画面上に表示された特定の領域に対して、入力手段の種類、例えば入力手段が指かスタイラスであるかに拘らず、目視して操作できるよう構成されている。なお、実施の形態１においては、携帯型電子装置を例として説明するが、本発明は携帯型電子装置に限定されるものではなく、表示装置と一体的に用いられる入力装置を有する各種電子機器に適用可能である。
【００３２】
図１において、実施の形態１の入力装置における入力部１は、対向して配置された１組の電極部である上部電極部１０と下部電極部２０、上部電極部１０と下部電極部２０との間に設けられた感圧層５、及び上部電極部１０と下部電極部２０を接離可能に固着する接着部９を備えている。したがって、上部電極部１０が加圧（図１における上方から下方への押圧）されていない無操作状態のとき、上部電極部１０は下部電極部２０に対して所定距離（隙間）を有して対向するように配置されている。一方、上部電極部１０が加圧されている押下荷重状態のとき、上部電極部１０は下部電極部２０に対して感圧層５を介して電気的に接続状態となる。したがって、上部電極部１０は、下部電極部２０に対して接離可能となるように、柔軟性を有して構成されている。
【００３３】
一方の電極部である上部電極部１０は、入力手段、例えば指による操作対象面となる上部フィルム２、上部配線パターン３、及び上部検知電極４を有して構成されている。他方の電極部である下部電極部２０は、下部検知電極６、下部配線パターン７、及び表示装置の基板（図示省略）に固定される下部フィルム８を有して構成されている。なお、実施の形態１においては、感圧層５が下部検知電極６における上部検知電極４と対向する面に形成した例で説明するが、感熱層５としては、反対に、上部検知電極４における下部検知電極６と対向する面に形成しても良く、いずれの面に形成しても同様の効果を有する。
【００３４】
上記のように構成された実施の形態１の入力装置における入力部１では、操作対象面となる上部フィルム２に指を近づけることにより、指と上部電極部１０との間に形成される静電容量結合において静電容量変化が生じる。このとき、電極部間も静電容量結合しており静電容量を有する。さらに指を近づけて上部フィルム２の操作対象面を押圧することにより、上部検知電極４と下部検知電極６は感圧層５を介して電気的に接続状態となる。このとき、感圧層５は、押圧力に応じて抵抗値が変化する。
【００３５】
感圧層５を構成する組成物は、外力に応じて電気抵抗値などの電気特性が変化する導電性の素材で構成されている。感圧層５の組成物は、上部電極部１０と下部電極部２０が接触して加圧されることにより、感圧層５の組成物の内部にある導電性の感圧粒子間で、直接的な接触の有無とは関係なく、トンネル電流が流れて、絶縁状態から通電状態に変化する。即ち、感圧層５は、押圧力に応じて電気抵抗値が変化し、押圧力が大きいほど電気抵抗値が小さくなる特性を有している。このような特性をもつ感圧層を構成する組成物としては、前記組成物として、例えば、英国のダーリントン（Darlington）のペラテック社（Peratech LTD）から商品名「ＱＴＣ」、「ＱＴＣ Ｃｌｅａｒ」で入手可能な量子トンネル現象複合材料（Quantum Tunneling Composite）であるＱＴＣインクなどを用いることができる。
【００３６】
実施の形態１における入力部１の感圧層５は、塗布により下部検知電極６上における上部検知電極４に対向する面に形成されている。感圧層５は、スクリーン印刷、オフセット印刷、グラビア印刷、又はフレキソ印刷などの印刷方法を用いて形成することができる。
【００３７】
図２は、実施の形態１の入力装置の構成を示すブロック図である。前述のように、図１に示した入力部１は、入力部１における静電容量の変化を検出する静電容量検出１１と、入力部１における電気抵抗値の変化を検出する抵抗値検出１２を兼ねるよう構成されている。また、実施の形態１の入力装置は、静電容量検出１１による静電容量検出信号（Ｃｄ）と抵抗値検出１２による抵抗値検出信号（Ｒｄ）とを利用して充放電波形（Ｖａ）を形成する充放電波形形成部１３と、充放電波形形成部１３において形成された充放電波形に基づいて入力部１における静電容量変化及び抵抗値変化（圧力変化）を検出して、操作対象面における指の動き（操作状態）、指の位置（操作位置）及び指の押圧力（操作圧力）を算出する充放電波形演算部１４と、充放電波形演算部１４からの信号に基づき操作状態、操作位置及び操作圧力を示す信号を出力する出力部１５と、を備えている（図２参照）。
【００３８】
以下、実施の形態１の入力装置における充放電波形形成部１３について説明する。図３は、充放電波形形成部１３の回路構成を示す図である。
【００３９】
図３において、可変静電容量（Ｃｘ）及び可変抵抗（Ｒｘ）が示す回路要素は、入力装置における入力部１の静電容量検出１１及び抵抗値検出１２において検出された静電容量及び抵抗に対応するものである。したがって、可変静電容量（Ｃｘ）には、入力手段、例えば指と上部電極部１０との間の静電容量、上部電極部１０と下部電極部２０との間の静電容量、及び入力部１における回路が有する静電容量などが含まれる。また、可変抵抗（Ｒｘ）には、上部電極部１０と下部電極部２０との間の感圧層５を介しての電気抵抗、及び入力部１における回路が有する電気抵抗などが含まれる。
【００４０】
図３に示すように、充放電波形形成部１３は、スイッチング素子（ＳｗＡ，ＳｗＢ）の切替え動作により、定電流源３０からの電流をキャパシタＣ及び入力部１に充電し、抵抗Ｒ及び入力部１において放電するよう構成されている。定電流源３０は第２スイッチＢを介してキャパシタＣに接続されており、キャパシタＣと抵抗Ｒとの間に第１スイッチＡが設けられている。また、キャパシタＣはコンパレータ３１の一方の入力端子に接続されている。コンパレータ３１の他方の入力端子には基準電圧（Ｖｂ）が入力されている。コンパレータ３１は、キャパシタＣの放電電圧が基準電圧（Ｖｂ）に達したとき放電終了検知信号を出力する構成である。
【００４１】
実施の形態１の入力装置における充放電波形形成部１３には、定電流源３０、キャパシタＣ、抵抗Ｒ、及び２つのスイッチング素子（ＳｗＡ，ＳｗＢ）により構成された充放電回路を有している。なお、この充放電回路に対しては、入力部１が接続されて、可変静電容量（Ｃｘ）により形成される静電容量検出信号（Ｃｄ）、及び可変抵抗（Ｒｘ）による形成される抵抗値検出信号（Ｒｄ）が入力される構成である。
【００４２】
図３に示す充放電波形形成部１３の回路において、第１スイッチＡがオフ状態、及び第２スイッチＢがオン状態において、定電流源３０からの電流がキャパシタＣ及び入力部１に流れて、キャパシタＣ及び入力部１には所定容量の電荷が充電される（充電動作）。なお、実施の形態１においては、充電時間が一定時間に到達したとき、キャパシタＣ及び入力部１に所定量の電荷が充電されたとして、充電動作を停止する制御方法を用いているが、キャパシタＣ及び入力部１の充電電圧（Ｖａ）が所定電圧（Ｖｐ）に達したことを検知したとき、充電動作を停止し、放電動作を開始する制御方法とする回路構成としても良い。
【００４３】
キャパシタＣ及び入力部１に所定容量が充電されると、充電動作の停止とともに放電動作が開始する。放電動作は、第１スイッチＡがオン状態、及び第２スイッチＢがオフ状態において、キャパシタＣ及び入力部１に充電された電荷が抵抗Ｒに流れて放電される。このとき、充放電波形形成部１３の回路は入力部１に接続されているため、放電状態は入力部１における可変静電容量（Ｃｘ）及び可変抵抗（Ｒｘ）の影響を受けることになる。キャパシタＣ及び入力部１の所定の電荷が放電されて所定電圧（基準電圧：Ｖｂ）に達すると、コンパレータ３１からの出力信号（放電終了検知信号）により、放電動作の停止とともに充電動作が開始する。
【００４４】
図４は充放電波形形成部１３における各要素における波形図である。図４において、充放電波形ＶａがキャパシタＣ及び入力部１からコンパレータ３１に入力される電圧波形を示しており、ＳｗＡ及びＳｗＢが第１スイッチＡ及び第２スイッチＢのオンオフ状態をそれぞれ示している。また、図４におけるＯｕｔはコンパレータ３１からの出力信号（放電終了検知信号）を示している。
【００４５】
図４において、（ａ）は当該入力装置が操作されていない状態（無操作状態）の波形図であり、（ｂ）は当該入力装置の操作対象面に対して入力手段である指が近接または接触した状態（近接状態）の波形図であり、（ｃ）は当該入力装置の操作対象面が指により押圧されて上部検知電極４と下部検知電極６が感圧層５を介して電気的に接続した状態（押下荷重状態）の波形図である。
【００４６】
図４の（ａ）に示すように、第１スイッチＡ及び第２スイッチＢのオンオフによりキャパシタＣ及び入力部１は充電動作及び放電動作を断続的に繰り返している。したがって、第１スイッチＡのオフ期間（Ｔａ）は予め決められた期間であり、第１スイッチＡのオン期間Ｔｂは、入力部１の静電容量検出１１による容量変化が微小な場合は、ほぼ同じ期間となり、この期間（Ｔａ，Ｔｂ）において無操作状態においては、ほぼ同じ期間でオンオフを繰り返している。なお、第１スイッチＡは、そのオン期間（Ｔｂ）（放電動作期間）において微小時間でオンオフ動作を断続的に繰り返す放電動作を行っている。したがって、第１スイッチＡを介して抵抗Ｒにおいて放電する放電波形は微視的には階段状の波形となる。この第１スイッチＡにおける微小時間でのオンオフ動作はカウントされており、放電時間の検出が行われている。この第１スイッチＡのオンオフ動作のカウントは、充放電波形演算部１４（図２参照）において検出されて、カウント数の変化により操作状態情報、操作位置情報及び操作圧力情報を形成することが可能となる。
【００４７】
図４の（ｂ）に示す波形図は、当該入力装置の操作対象面に対して入力手段である指が近接または接触した状態であり、上部検知電極４と下部検知電極６が接触していない状態である。即ち、指が操作対象面に近づいて、指と上部電極部１０が静電容量結合状態である。このとき、上部電極部１０と下部電極部２０との間も静電容量結合状態である。この結果、操作対象面に対して指が近接または接触した状態においては、図４の（ａ）に示した無操作状態に比べて、入力部１における可変静電容量（Ｃｘ）（図３参照）が変化している。静電容量の大きさは、指と操作対象面にある上部電極部１０との間の距離に反比例するため、指が操作対象面に近づくほど、指と上部電極部１０との間の静電容量は大きくなる。この結果、充放電波形（Ｖａ）における検出放電時間Ｔｄは、図４の（ａ）に示した無操作状態に比べて時間（Ｔｅ）だけ長くなる。この検出放電時間（Ｔｄ）は、第１スイッチＡの微小時間のオンオフ動作のカウント数により検知される。このように、静電容量の変化に基づく検出放電時間（Ｔｄ）の変化により、操作状態情報、及び指の操作対象面における操作位置情報を確定することができる。なお、図４の（ｂ）に示す近接状態においては、図３に示す可変抵抗（Ｒｘ）は無限大であり、遮断状態である。
【００４８】
図４の（ｃ）に示す波形図は、当該入力装置の操作対象面が指により押圧されて押し下げられ、上部検知電極４と下部検知電極６が感圧層５を介して電気的に接続した押下荷重状態であることを示している。前述のように、感圧層５は、加圧されることにより、その圧力に応じて電気抵抗値が小さくなる特性を有している。図４の（ｃ）に示す押下荷重状態においては、図４の（ｂ）に示した近接状態のときのような静電容量結合状態はなく、入力手段である指と操作対象面の上部電極部１０との間、及び上部電極部１０と下部電極部２０との間は確実に電気的に接続した状態である。したがって、図４の（ｃ）に示す押下荷重状態においては、図３に示す可変静電容量（Ｃｘ）としては実質的に零となり、可変抵抗Ｒｘに電流が流れる状態となる。但し、回路には浮遊容量などが存在するため、可変静電容量Ｃｘは零とはならない。この結果、充放電波形（Ｖａ）において充電時間（Ｔａ）の期間では、充電期間が不足して、所定電圧（Ｖｐ）まで充電できないこともある。その影響と放電電流の増加の影響により、充放電波形（Ｖａ）における検出放電時間（Ｔｄ）は、図４の（ａ）に示した無操作状態に比べて時間（Ｔｎ）だけ短くなる。このように、入力部１における電気抵抗の変化により、検出放電時間（Ｔｄ）を検知して、指の操作対象面における操作状態情報、指の操作対象面における操作位置情報、及び指の操作対象面に対する操作圧力情報を確定することができる。なお、押下荷重状態とは上部電極部１０と下部電極部２０が電気的に単に接触した状態を含む。
【００４９】
図５は、実施の形態１の入力装置において静電容量及び圧力の検出を行う検出シーケンスを示すフローチャートである。
【００５０】
先ず、入力装置に電源が供給されることにより、入力装置においては検出シーケンスが開始する。検出シーケンスにおけるステップ１（Ｓ１）においては、前述のように充放電波形形成部１３で充放電波形Ｖａが形成される。形成された充放電波形における検出放電時間Ｔｄが基準時間（Ｔｏ）と比較される。ここで、基準時間（Ｔｏ）とは、当該入力装置において無操作状態（図４の（ａ）参照）における放電時間Ｔｂであり、無操作状態時に計測した時間を用いて設定される。ステップ２（Ｓ２）において、検出放電時間（Ｔｄ）が基準時間（Ｔｏ）とほぼ同じであれば無操作状態であるとしてステップ１（Ｓ１）に戻る。
【００５１】
ステップ３（Ｓ３）において、検出放電時間（Ｔｄ）が基準時間（Ｔｏ）より一定期間以上長ければ近接状態であるとして、静電容量検出モード（Ｓ４）に移行する。一方、検出放電時間Ｔｄが基準時間Ｔｏより一定期間以上短ければ押下荷重状態であるとして、抵抗値検出モード（Ｓ８）に移行する。
【００５２】
静電容量検出モード（Ｓ４）においては、検出放電時間Ｔｄに基づいて、静電容量（Ｃ＋Ｃｘ：図３参照）の変化を検出する静電容量検出処理（Ｓ５）を行い、検出された静電容量の変化に基づき静電容量検出出力（Ｓ６）を行う。即ち、当該入力装置が操作されたか否かの操作状態が検知される。静電容量検出出力（Ｓ６）を行った後、ステップ７（Ｓ７）においては、当該入力装置から入力手段である指が離れたか否かが検出（リリース検出）される。このリリース検出（Ｓ７）は、ステップ２（Ｓ２）において行われ、検出放電時間（Ｔｄ）と基準時間（Ｔｏ）との比較により検出される。検出放電時間（Ｔｄ）が基準時間Ｔｏとほぼ同じであればリリース検出となり、当該検出シーケンスが終了する。逆に、検出放電時間（Ｔｄ）と基準時間（Ｔｏ）が異なる場合には、ステップ３（Ｓ３）に戻り、静電容量検出モード（Ｓ４）若しくは抵抗値検出モード（Ｓ８）に移行する。
【００５３】
抵抗値検出モード（Ｓ８）においては、検出放電時間Ｔｄに基づいて、抵抗値（Ｒ・Ｒｘ／Ｒ＋Ｒｘ：図３参照）の変化を検出して座標演算処理及び圧力演算処理（Ｓ９）が行われる。この座標演算処理の一例としては、対向する電極の一方の電極の一端を、充放電波形形成部１３と充放電波形演算部１４で構成される検出回路５０の入力端に接続し、他方の電極の一端を接地させることにより、感圧層５の変化を含む抵抗値を計測することができる。この抵抗値計測において、検出回路５０に接続する電極の一端と、接地する他方の電極の一端の接続状態の組合せを変更することにより、入力手段である指が操作した電極における座標位置（操作位置）を検知することが可能となる。これらの切替え制御は、駆動制御部６０において行われる（図２参照）。駆動制御部６０は複数のスイッチング素子で構成されて、座標演算処理及び圧力演算処理において各電極の切替え制御を行っている。また、圧力演算処理においては、感圧層５が加圧された大きさ応じて抵抗値が変化するため、特定された座標位置における抵抗値の変化を検出して押圧力（操作圧力）を検知している。
【００５４】
ステップ１０（Ｓ１０）においては、当該入力装置が設けられている携帯型電子装置の制御部（図示無し）に検知された座標位置（操作位置）及び押圧力（操作圧力）を示す信号を出力して、リリース検出へ移行する。
【００５５】
ステップ１１（Ｓ１１）におけるリリース検出は、前述の静電容量検出モードにおけるリリース検出（Ｓ７）と同様に、検出放電時間（Ｔｄ）と基準時間（Ｖｏ）とを比較し、検出放電時間（Ｔｄ）が基準時間（Ｖｏ）と同じであればリリース検出となり、当該検出シーケンスが終了する。逆に、検出放電時間（Ｔｄ）と基準時間（Ｖｏ）が異なる場合には、ステップ３（Ｓ３）に戻り、静電容量検出モード（Ｓ４）若しくは抵抗値検出モード（Ｓ８）に移行する。
【００５６】
上記のように、実施の形態１の入力装置における検出シーケンスが実行されて、静電容量（操作状態）、座標位置（操作位置）及び押圧力（操作圧力）がそれぞれ検出されて、それぞれを示す信号が当該入力装置の設けられている携帯型電子装置の制御部（図示無し）に対して出力され、携帯型電子装置が制御される。
【００５７】
実施の形態１の入力装置においては指を入力手段として用いた例で説明したが、本発明においては入力手段が指に限定されるものではなく導電体であれば用いることができる。
【００５８】
なお、実施の形態１の入力装置においては、入力部１における静電容量検出１１により検出された静電容量検出信号（Ｃｄ）、及び抵抗値検出１２により検出された抵抗値検出信号（Ｒｄ）を、充放電波形（Ｖａ）における放電時の放電波形に用いた例で説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、静電容量検出１１及び抵抗値検出１２により検出された静電容量検出信号（Ｃｄ）及び抵抗値検出信号（Ｒｄ）を充電時の充電波形に用いることもできる。充電時において入力部１から出力された静電容量検出信号（Ｃｄ）及び抵抗値検出信号（Ｒｄ）を用いることにより、静電容量及び抵抗値に応じて充電波形の振る舞いが変化することを検出して、静電容量（操作状態）、座標位置（操作位置）及び押圧力（操作圧力）のそれぞれを検出することが可能となる。
【００５９】
さらに、本発明においては、充放電波形（Ｖａ）における充電時の充電波形及び放電時の放電波形の両方を用いて、更に精度の高い静電容量（操作状態）、座標位置（操作位置）及び押圧力（操作圧力）のそれぞれを検出することも可能である。この場合においても、実施の形態１において説明した入力部（１）における静電容量検出１１により検出された静電容量検出信号（Ｃｄ）、及び抵抗値検出１２により検出された抵抗値検出信号（Ｒｄ）を用いることにより、静電容量（操作状態）、座標位置（操作位置）及び押圧力（操作圧力）のそれぞれに応じて、充電時の充電波形及び放電時の放電波形に変化が現れるため、その現象を用いることが可能となり、精度の高い検出が可能となる。
【００６０】
なお、実施の形態１の入力装置における入力部１は、表示装置の液晶画面上に設けられて、全体的に光透過性の材料で形成されているため、液晶画面上を目視しつつ入力部１の操作対象面を入力手段である指により入力操作する構成である。したがって、入力部１における上部フィルム２、上部配線パターン３、上部検知電極４、感圧層５、下部検知電極６、下部配線パターン７、及び下部フィルム８は光透過性材料で形成されている。また、上部電極部１０と下部電極部２０が対向配置されている入力部１の内部空間（対向領域）には、実施の形態１の構成においては空気（屈折率：１）が存在する構成で説明したが、上部電極部１０と下部電極部２０などの光学特性を考慮して、液層で構成しても良い。液層としては、例えば、上部電極部１０と下部電極部２０の構成物における各材質の屈折率に近いもの、即ち空気以上の屈折率を有するものであり、流動性、光透過性、電気絶縁性、及び耐熱性を有する材質のものが用いることが好ましい。
【００６１】
上部フィルム２及び下部フィルム８の材質としては、フレキシブル基板に使用可能な材質、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、アクリル系樹脂、若しくは、ＡＮ樹脂などの汎用樹脂を用いることができる。上部検知電極４及び下部検知電極６の厚みは、例えば、５μｍ〜２５μｍに設定されている。上部検知電極４及び下部検知電極６の材料としては、ＩＴＯや、ＣＮＴ、Ａｇワイヤインキなどの透明導電材料を使用することが好ましい。但し、金、銀、銅、若しくはニッケルなどの金属、あるいはカーボンなどの導電性を有するペーストを用いて形成することも可能である。これらの形成方法としては、スクリーン印刷、オフセット印刷、グラビア印刷、若しくはフレキソ印刷などの印刷法、フォトレジスト法などが挙げられる。また、上部検知電極４及び下部検知電極６は、銅若しくは金などの金属箔を貼り付けて形成することもできる。さらに、上部検知電極４及び下部検知電極６は、銅などの金属をメッキしたＦＰＣ（フレキシブル回路基板）の上にレジストで電極パターンを形成し、レジストで保護されていない部分の金属箔をエッチング処理することによって形成することもできる。
【００６２】
なお、上部電極部１０と下部電極部２０との対向領域を確保するために、隙間保持部材としての接着剤９が設けられている。接着剤９は、粘着性を有して上部フィルム２と下部フィルム８とを接着するとともに、上部検知電極４と感圧層５との対向面間に隙間を保持するための絶縁性部材である。接着剤９としては、例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルムなどの芯材の両面にアクリル系の接着糊などの粘着剤を形成した両面粘着テープである。接着剤９の厚みは、例えば、５〜２０μｍに設定されている。また、接着剤９としては、ＵＶ硬化樹脂や熱硬化樹脂などの各種接着剤で厚みを５〜２０μｍに設定しても良い。
【００６３】
上記のように、本発明に係る実施の形態１の入力装置は、入力手段の種類、例えば入力手段が指かスタイラスであるかに拘らず、簡単な回路構成により静電容量、抵抗及び圧力を検出して操作状態情報、操作位置情報及び操作圧力情報を電子機器に入力することができるものであり、簡単な入力手段の操作により各種情報を精度高く、且つ素早く入力することができる汎用性の高い入力装置である。
【００６４】
《実施の形態２》
以下、本発明に係る入力装置としてのハイブリッドタッチパネルに係る具体的な実施の形態について添付の図面を参照して説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態２に記載したハイブリッドタッチパネルの具体的な構成に限定されるものではなく、実施の形態２において説明する技術的思想と同様の技術及び当技術分野における技術常識に基づいて構成される範囲を含むものである。なお、本発明におけるハイブリッドタッチパネルとは、入力手段による操作、例えば指や、スタイラス等による操作（非接触、接触及び押圧の動作を含む）により、その操作状態、操作位置、及び操作圧力を検知して、検知した各種情報を出力できる構成のものをいう。
【００６５】
本発明に係る入力装置としてのハイブリッドタッチパネルは、抵抗膜方式のデジタル（マルチ）型タッチパネルの構成と、静電容量方式のセルフ（Self)式タッチパネルの構成を併せ持つとともに、入力手段（指）の押圧力の圧力検出が可能な構成を有する感圧機能付き静電容量方式ハイブリッドタッチパネルを、後述の実施の形態２として説明する。
【００６６】
なお、実施の形態２において説明する感圧機能付き静電容量方式ハイブリッドタッチパネルの構成は入力装置としての一例であり、その他の構成も本発明に含まれる。静電容量方式のタッチパネルとしては、送信側の複数の電極線と受信側の複数の電極線をマトリックス状（網目状）に配置して、それぞれの送信側電極線と受信側電極線との間における静電容量を検出し、その検出結果に基づいて、入力手段の操作状態（動作状態）及び操作位置（座標位置）を検知するミューチュアル（Mutual)式タッチパネルがある。本発明においては、ミューチュアル（Mutual)式タッチパネルにおける検出方法を、実施の形態２において説明するセルフ（Self)式タッチパネルにおける検出方法に代えて用いて、感圧機能付き静電容量方式ハイブリッドタッチパネルを構築することも可能である。即ち、入力手段の操作状態（動作状態）及び操作位置（座標位置）に応じて静電容量が変化し、その結果、後述する充放電波形の振る舞いが変化することを利用することにより、操作状態（動作状態）及び操作位置（座標位置）を検知することが可能となる。
【００６７】
一般的な抵抗膜方式のデジタル型タッチパネルの構成は、Ｘ軸方向の位置を検出するためのＸ軸電極線と、Ｙ軸方向の位置を検出するためのＹ軸電極線が、マトリックス状（網目状）に配置されている。一方、一般的な静電容量方式のセルフ式タッチパネルは、デジタル型タッチパネルの構成と同様に、Ｘ軸方向の位置を検出するためのＸ軸電極線と、Ｙ軸方向の位置を検出するためのＹ軸電極線を有しているが、それぞれの電極線においては静電容量の検出感度を高めるため、ある程度の幅を有して構成されている。したがって、抵抗膜方式のデジタル型タッチパネルにおけるＸ軸電極線とＹ軸電極線の構成を、そのまま静電容量方式のセルフ式タッチパネルに利用した場合には、電極線の幅が狭く、検知感度が低下するという問題がある。また、Ｘ軸電極線とＹ軸電極線による検出対象（抵抗値と静電容量）が全く異なるため、検出回路及び制御回路等の回路構成が大きく異なり、これらを組み合わせてもタッチパネルを構成することはできなかった。
【００６８】
また、静電容量式のミューチュアル式タッチパネルにおいては、相互干渉による感度低下を防止し、検出感度を向上させるために、受信側電極線の幅を広くし、送信側電極線の幅を狭くしている。抵抗膜方式のデジタル型タッチパネルの構成においては、Ｘ軸電極線とＹ軸電極線の幅が狭く、同じ幅であるため、ミューチュアル式タッチパネルとは異なる構成である。したがって、静電容量方式のミューチュアル式タッチパネルの構成においても、抵抗膜方式のデジタル型タッチパネルに使用した場合、分解能の低下や、検出座標確度の低下が予想されるため、容易に組み合わせることができない構成であった。
【００６９】
本発明においては、抵抗膜方式のデジタル（マルチ）型タッチパネルの構成と、静電容量方式のセルフ（Self)式タッチパネルの構成を併せ持つ構成、若しくは抵抗膜方式のデジタル（マルチ）型タッチパネルの構成と、静電容量方式のミューチュアル（Mutual)式タッチパネルの構成を併せ持つ構成とするために、マトリックス状（網目状）に配置された複数の第１電極線（Ｙ軸電極線、受信側電極線）を有する上部電極部１０（第１電極部）と、複数の第２電極線（Ｘ軸電極線、送信側電極線）を有する下部電極部２０（第２電極部）とを有し、上部電極部１０及び下部電極部２０のそれぞれの電極線に対して状況に応じて複数本纏める切替え操作、及び／又は間引く切替え操作を実行するよう構成されている。
【００７０】
以下、実施の形態２の説明において、本発明に係る入力装置としての感圧機能付き静電容量方式ハイブリッドタッチパネルに関する具体的な構成、及び動作について説明する。
【００７１】
以下、本発明に係る実施の形態２の感圧機能付き静電容量方式ハイブリッドタッチパネルについて添付の図面を参照しつつ説明する。
【００７２】
図６は、本発明に係る実施の形態２の感圧機能付き静電容量方式ハイブリッドタッチパネルにおける入力部の断面構成を模式的に示した図である。なお、実施の形態２のハイブリッドタッチパネルは、携帯型電子装置に設けられたタッチパネルであり、表示装置の液晶画面上に設けられている。このハイブリッドタッチパネルは、全体的に光透過性の材料で形成された例で説明する。したがって、実施の形態２のハイブリッドタッチパネルは、液晶画面上に表示された特定の領域に対して指により目視して操作するよう構成されている。なお、実施の形態２においては、携帯型電子装置を例として説明するが、本発明は携帯型電子装置に限定されるものではなく、表示装置と一体的に用いられるタッチパネルを有する各種電子機器に適用可能である。また、本発明のハイブリッドタッチパネルとしては、フィルム状の表示装置（有機ＥＬ（ＯＬＥＤ））等において裏面に配置する構成も可能である。
【００７３】
図６において、実施の形態２のハイブリッドタッチパネルにおける入力部１は、Ｘ軸及びＹ軸のマトリックス上に配置（マトリックス状（網目状）に配置）された複数の対向する電極線である上部電極部１０と下部電極部２０、上部電極部１０と下部電極部２０との間に設けられた感圧層５、及び上部電極部１０と下部電極部２０を接離可能に保持（固着）する接着部９を備えている。したがって、操作対象領域（操作対象面）となる上部電極部１０が加圧（図６における上方から下方への押圧）されていない無操作状態のとき、上部電極部１０は下部電極部２０に対して所定距離（隙間：対向領域４０）を有して対向するように配置されている。一方、上部電極部１０が加圧されている押下荷重状態のとき、上部電極部１０は下部電極部２０に対して感圧層５を介して電気的に接続状態となる。したがって、上部電極部１０は、下部電極部２０に対して接離可能となるように、柔軟性を有して構成されている。なお、上部電極部１０と下部電極部２０における電極線としては直線状とは限るものではなく、波状のものや、太さが途中で変わるもの等を使用してもよい。
【００７４】
一方の電極部である上部電極部１０は、入力手段としての指による操作対象面となる上部フィルム２の裏面に設けられている。他方の電極部である下部電極部２０は、表示装置の基板（図示省略）に固定される下部フィルム８上に設けられている。なお、実施の形態２においては、感圧層５を下部電極部２０に形成した例で説明するが、感熱層５としては、反対に、上部電極部１０に形成しても良く、いずれの面に形成しても同様の効果を有する。
【００７５】
図７は、実施の形態２のハイブリッドタッチパネルにおける入力部１のマトリックス構成とスイッチング素子の構成を示す説明図である。図７において、マトリックス状の上部電極部１０及び下部電極部２０は、説明を容易なものとするため、それぞれを８本の電極線（Ａ〜Ｈ及び１〜８）で構成した例で説明する。
【００７６】
図７に示すように、上部電極部１０の各第１電極線（Ａ〜Ｈ）にはスイッチング素子（ＳｗＡ〜ＳｗＨ）がそれぞれ設けられており、第１電極線（Ａ〜Ｈ）のそれぞれはスイッチング素子（ＳｗＡ〜ＳｗＨ）を介して、後述する検出回路５０に接続されている。また、下部電極部２０の各第２電極線（１〜８）にはスイッチング素子（Ｓｗ１〜Ｓｗ８）がそれぞれ設けられており、第２電極線（１〜８）のそれぞれはスイッチング素子（Ｓｗ１〜Ｓｗ８）を介して、後述する検出回路５０に接続されている。
【００７７】
実施の形態２のハイブリッドタッチパネルにおいて、当該ハイブリッドタッチパネルの操作対象領域に対して入力手段である指が近接または接触した状態、即ち上部電極部１０と下部電極部２０が接触していない状態においては、以下のようなスイッチング制御動作（静電容量検出処理）が行われる。
【００７８】
上部電極部１０の電極線（第１電極線）における静電容量を感度高く検出するために、第１電極線（Ａ〜Ｈ）において隣接する複数、例えば隣り合う３本の電極線を纏めて１つの電極線群となるように、各スイッチング素子（ＳｗＡ〜ＳｗＨ）の切替え制御が実行される。このように隣り合う複数の電極線を纏めて１つの電極群として動作させる切替え制御は、各第１電極線（Ａ〜Ｈ）のそれぞれをオンオフ（接離）する複数のスイッチング素子（ＳｗＡ〜ＳｗＨ）を有する第１駆動回路６０ａに対して、制御部７０からの駆動制御信号を送信することにより実行される。
【００７９】
制御部７０が駆動制御する切替え制御の具体例としては、例えば３本の第１電極線（Ａ，Ｂ，Ｃ）を１つの第１電極線群Ｘとして、対応する３つのスイッチング素子（ＳｗＡ，ＳｗＢ，ＳｗＣ）をオン状態として検出回路５０に接続する。このように第１電極線群Ｘを検出回路５０に接続して、第１電極線群Ｘにおける静電容量が検出される。このとき、第２電極線（１〜８）においては、第１電極線群Ｘへの静電容量の影響を低減するために、安定電圧（たとえばＧＮＤ電位）に設定される。上記のように、上部電極部１０においては複数の第１電極線を纏めて上部電極群Ｘを構成して、実質的な電極幅を広くし、検出感度を高めている。同様な動作を、第２電極線を検出回路に接続し、第１電極線を安定電圧に設定することで、下部電極の検出感度を高めることが可能となる。
【００８０】
実施の形態２のハイブリッドタッチパネルにおいては、セルフ（Self）式の静電容量検出を行う構成であるため、入力手段である指の操作状態を検知するためには、上部電極部１０と下部電極２０の面積をスイッチング素子の切替え制御で最適化することにより検知感度の向上を図ることができる。
【００８１】
なお、ミューチュアル（mutual)式で静電容量を検出するハイブリッドタッチパネルの場合においても、上部電極部である受信側電極部の受信電極幅を広くし、下部電極部である送信側電極部の送信電極幅を狭くすることにより、検知感度の向上を図ることが可能となる。
【００８２】
次に、実施の形態２のハイブリッドタッチパネルにおいて、当該ハイブリッドタッチパネルの操作対象面が指により押圧されて押し下げられ、上部電極部１０における対応する電極線が下部電極部２０における対応する電極線が感圧層５を介して電気的に接続した押下荷重状態においては、以下のようなスイッチング制御動作（座標演算処理及び圧力演算処理）が行われる。
【００８３】
ハイブリッドタッチパネルの検出回路５０において押下荷重状態が検知されると、第１電極線（Ａ〜Ｈ）に接続されたスイッチング素子（ＳｗＡ〜ＳｗＨ）、及び第２電極線（１〜８）に接続されたスイッチング素子（Ｓｗ１〜Ｓｗ８）が順次オンオフ操作される（抵抗値検出処理）。具体的には、例えば下部電極部２０のための１つのスイッチング素子（Ｓｗ１）をオン状態として、第２電極線（１）を検知回路５０に接続した状態において、上部電極部１０のためのスイッチング素子（ＳｗＡ〜ＳｗＨ）に対して順次に一旦オン状態とする切替え制御を行い、上部電極部１０における第１電極線（Ａ〜Ｈ）を検出回路５０に順次に接続する。このように、各第１電極線（Ａ〜Ｈ）を検出回路５０に接続することにより、第２電極線（１）に対する全ての第１電極線（Ａ〜Ｈ）における抵抗値が検出回路５０において検出される。
【００８４】
上記のように、第２電極線（１）に対する全てのスイッチング素子（ＳｗＡ〜ＳｗＨ）の切替え制御が終了すると、次の第２電極線（２）に対するスイッチング素子（ＳｗＡ〜ＳｗＨ）の切替え制御が同様に順次実施される。このように全ての第２電極線（１〜８）に対するスイッチング素子（ＳｗＡ〜ＳｗＨ）の切替え制御が順次実施されることにより、操作対象領域における全ての座標位置（検出点）における抵抗値が検出回路５０において検出されることになる。
【００８５】
なお、前述の静電容量検出処理において行った切替え制御と同様に、複数の第１電極線を纏めて１つの電極線群とし、第２電極線を間引き動作を行いつつ各検出点における抵抗値検出処理を実行しても良い。このように抵抗値検出処理を行うことにより、検出点の減少による検出速度の高速化を図ることができる。
【００８６】
実施の形態２のハイブリッドタッチパネルにおいては、制御部７０が、複数の第２電極線（１〜８）において隣り合う所定数毎に纏めた複数の第２電極線群を第２検知電極として、第２駆動部６０ｂにおける第２検知電極に対応するスイッチング素子をオンオフ制御して、当該複数の第２電極線群を駆動制御するよう構成されている。しかし、本発明は、このような制御方法に限定されるものではなく、他の制御方法も可能である。例えば、制御部７０が、複数の第２電極線（１〜８）から間引きした選択された第２電極線（１，３，５，７）を第２検知電極として、第２駆動部６０ｂにおける第２検知電極に対応するスイッチング素子（Ｓｗ１，Ｓｗ３，Ｓｗ５，Ｓｗ７）をオンオフ制御して、選択された第２電極線（１，３，５，７）を駆動制御するよう構成されている。
【００８７】
また、他の制御方法として、複数の電極線（第１電極線及び／又は第２電極線）を纏めて１つの電極線群として検出処理する場合において、例えば直前の検知電極が第１電極線（Ａ，Ｂ）であり、次の検知電極が第１電極線（Ｂ，Ｃ）、そして次の検知電極が第１電極線（Ｃ，Ｄ）というように、一部の電極線が重複するよう構成しても良い。このように複数の電極線を纏めるとともに、一部を重複させた電極線群を順次にオンオフ制御することにより、感度の向上を図りつつ、解像度の低下を防止することができるものとなる。
【００８８】
以下、実施の形態２のハイブリッドタッチパネルにおける入力部１から出力される静電容量検出信号（Ｃｄ）と抵抗値検出信号（Ｒｄ）を用いて、入力手段である指による、操作対象面に対する操作状態、操作対象面における操作位置、及び操作対象面に対する押圧力である操作圧力を検知する検知方法について詳述する。
【００８９】
上記のように構成された実施の形態２のハイブリッドタッチパネルにおける入力部１では、操作対象面となる上部フィルム２に指を近づけることにより、指と上部電極部１０との間に形成される静電容量結合において静電容量変化が生じる。このとき、電極部間も静電容量結合しており静電容量を有する。さらに指を近づけて上部フィルム２の操作対象面を押圧することにより、上部電極部１０と下部電極部２０は感圧層５を介して電気的に接続状態となる。このとき、感圧層５は、押圧力に応じて抵抗値が変化する。
【００９０】
感圧層５を構成する組成物は、外力に応じて電気抵抗値などの電気特性が変化する導電性の素材で構成されている。感圧層５の組成物は、上部電極部１０と下部電極部２０が接触して加圧されることにより、感圧層５の組成物の内部にある導電性の感圧粒子間で、直接的な接触の有無とは関係なく、トンネル電流が流れて、絶縁状態から通電状態に変化する。即ち、感圧層５は、押圧力に応じて電気抵抗値が変化し、押圧力が大きいほど電気抵抗値が小さくなる特性を有している。このような特性をもつ感圧層を構成する組成物としては、前記組成物として、例えば、英国のダーリントン（Darlington）のペラテック社（Peratech LTD）から商品名「ＱＴＣ」、「ＱＴＣ Ｃｌｅａｒ」で入手可能な量子トンネル現象複合材料（Quantum Tunneling Composite）であるＱＴＣインク等を用いることができる。
【００９１】
実施の形態２における入力部１の感圧層５は、塗布により下部電極部２０上における上部電極部１０に対向する面に形成されている。感圧層５は、スクリーン印刷、オフセット印刷、グラビア印刷、又はフレキソ印刷等の印刷方法を用いて形成することができる。
【００９２】
図８は、実施の形態２のハイブリッドタッチパネルの構成を示すブロック図である。前述のように、図６に示した入力部１は、入力部１における静電容量の変化を検出する静電容量検出１１と、入力部１における電気抵抗値の変化を検出する抵抗値検出１２を兼ねるよう構成されている。また、実施の形態２のハイブリッドタッチパネルは、静電容量検出１１による静電容量検出信号（Ｃｄ）と抵抗値検出１２による抵抗値検出信号（Ｒｄ）とを利用して充放電波形（Ｖａ）を形成する充放電波形形成部１３と、充放電波形形成部１３において形成された充放電波形に基づいて入力部１における静電容量変化及び抵抗値変化（圧力変化）を検出して、操作対象面における指の動き（操作状態）、指の位置（操作位置）及び指の押圧力（操作圧力）を算出する充放電波形演算部１４と、充放電波形演算部１４からの信号に基づき操作状態、操作位置及び操作圧力を示す信号を出力する出力部１５と、を備えている（図７参照）。ここで、充放電波形形成部１３と充放電波形演算部１４とにより検出回路５０が構成されている。
【００９３】
以下、実施の形態２のハイブリッドタッチパネルにおける充放電波形形成部１３について説明する。図９は、充放電波形形成部１３の回路構成を示す図である。
【００９４】
図９において、可変静電容量（Ｃｘ）及び可変抵抗（Ｒｘ）が示す回路要素は、ハイブリッドタッチパネルにおける入力部１の静電容量検出１１及び抵抗値検出１２において検出された静電容量及び抵抗に対応するものである。したがって、可変静電容量（Ｃｘ）には、入力手段である指と上部電極部１０との間の静電容量、上部電極部１０と下部電極部２０との間の静電容量、及び入力部１における回路が有する静電容量等が含まれる。また、可変抵抗（Ｒｘ）には、上部電極部１０と下部電極部２０との間の感圧層５を介しての電気抵抗、及び入力部１における回路が有する電気抵抗等が含まれる。
【００９５】
図９に示すように、充放電波形形成部１３は、スイッチング素子（ＳｗＡ，ＳｗＢ，ＳｗＣ）の切替え動作により、定電流源３０からの電流をキャパシタＣ及び入力部１に充電し、抵抗Ｒ及び入力部１において放電するよう構成されている。定電流源３０は第２スイッチＢを介してキャパシタＣに接続されており、キャパシタＣと抵抗Ｒとの間に第１スイッチＡが設けられている。また、キャパシタＣはコンパレータ３１の一方の入力端子に接続されている。コンパレータ３１の他方の入力端子には基準電圧（Ｖｂ）が入力されている。コンパレータ３１は、キャパシタＣの放電電圧が基準電圧（Ｖｂ）に達したとき放電終了検知信号を出力する構成である。
【００９６】
実施の形態２のハイブリッドタッチパネルにおける充放電波形形成部１３には、定電流源３０、キャパシタＣ、抵抗Ｒ、及び２つのスイッチング素子（ＳｗＡ，ＳｗＢ）により構成された充放電回路を有している。なお、この充放電回路に対しては、第１駆動部６０ａ及び第２駆動部６０ｂを介して入力部１が接続されており、可変静電容量（Ｃｘ）により形成される静電容量検出信号（Ｃｄ）、及び可変抵抗（Ｒｘ）による形成される抵抗値検出信号（Ｒｄ）が入力される構成である。
【００９７】
図９に示す充放電波形形成部１３の回路において、第１スイッチＡがオフ状態、及び第２スイッチＢがオン状態において、定電流源３０からの電流がキャパシタＣ及び入力部１に流れて、キャパシタＣ及び入力部１には所定容量の電荷が充電される（充電動作）。なお、実施の形態２においては、充電時間が一定時間に到達したとき、キャパシタＣ及び入力部１に所定量の電荷が充電されたとして、充電動作を停止する制御方法を用いているが、キャパシタＣ及び入力部１の充電電圧（Ｖａ）が所定電圧（Ｖｐ）に達したことを検知したとき、充電動作を停止し、放電動作を開始する制御方法とする回路構成としても良い。
【００９８】
キャパシタＣ及び入力部１に所定容量が充電されると、充電動作の停止とともに放電動作が開始する。放電動作は、第１スイッチＡがオン状態、及び第２スイッチＢがオフ状態において、キャパシタＣ及び入力部１に充電された電荷が抵抗Ｒに流れて放電される。このとき、充放電波形形成部１３の回路は入力部１に接続されているため、放電状態は入力部１における可変静電容量（Ｃｘ）及び可変抵抗（Ｒｘ）の影響を受けることになる。キャパシタＣ及び入力部１の所定の電荷が放電されて所定電圧（基準電圧：Ｖｂ）に達すると、コンパレータ３１からの出力信号（放電終了検知信号）により、放電動作の停止とともに充電動作が開始する。
【００９９】
図１０は充放電波形形成部１３における各要素における波形図である。図１０において、充放電波形ＶａがキャパシタＣ及び入力部１からコンパレータ３１に入力される電圧波形を示しており、ＳｗＡ及びＳｗＢが第１スイッチＡ及び第２スイッチＢのオンオフ状態をそれぞれ示している。また、図１０におけるＯｕｔはコンパレータ３１からの出力信号（放電終了検知信号）を示している。
【０１００】
図１０において、（ａ）は当該ハイブリッドタッチパネルが操作されていない状態（無操作状態）の波形図であり、（ｂ）は当該ハイブリッドタッチパネルの操作対象面に対して入力手段である指が近接または接触した状態（近接状態）の波形図であり、（ｃ）は当該ハイブリッドタッチパネルの操作対象面が指により押圧されて、上部電極部１０と下部電極部２０が感圧層５を介して電気的に接続した状態（押下荷重状態）の波形図である。
【０１０１】
図１０の（ａ）に示すように、第１スイッチＡ及び第２スイッチＢのオンオフによりキャパシタＣ及び入力部１は充電動作及び放電動作を断続的に繰り返している。したがって、第１スイッチＡのオフ期間Ｔａは予め決められた期間であり、第１スイッチＡのオン期間Ｔｂは、入力部１の静電容量検出１１による容量変化が微小な場合は、ほぼ同じ期間となり、この期間（Ｔａ，Ｔｂ）において無操作状態においては、ほぼ同じ期間でオンオフを繰り返している。なお、第１スイッチＡは、そのオン期間（Ｔｂ）（放電動作期間）において微小時間でオンオフ動作を断続的に繰り返す放電動作を行っている。したがって、第１スイッチＡを介して抵抗Ｒにおいて放電する放電波形は微視的には階段状の波形となる。この第１スイッチＡにおける微小時間でのオンオフ動作はカウントされており、放電時間の検出が行われている。この第１スイッチＡのオンオフ動作のカウントは、充放電波形演算部１４（図７参照）において検出されて、カウント数の変化により操作状態情報、操作位置情報及び操作圧力情報を形成することが可能となる。
【０１０２】
図１０の（ｂ）に示す波形図は、当該ハイブリッドタッチパネルの操作対象面に対して入力手段である指が近接または接触した状態であり、上部電極部１０と下部電極部２０が接触していない状態である。即ち、指が操作対象面に近づいて、指と上部電極部１０が静電容量結合状態である。このとき、上部電極部１０と下部電極部２０との間も静電容量結合状態である。この結果、操作対象面に対して指が近接または接触した状態においては、図１０の（ａ）に示した無操作状態に比べて、入力部１における可変静電容量Ｃｘ（図９参照）が変化している。静電容量の大きさは、指と操作対象面にある上部電極部１０との間の距離に反比例するため、指が操作対象面に近づくほど、指と上部電極部１０との間の静電容量は大きくなる。この結果、充放電波形（Ｖａ）における検出放電時間（Ｔｄ）は、図１０の（ａ）に示した無操作状態に比べて時間（Ｔｅ）だけ長くなる。この検出放電時間（Ｔｄ）は、第１スイッチＡの微小時間のオンオフ動作のカウント数により検知される。このように、静電容量の変化に基づく検出放電時間（Ｔｄ）の変化により、操作状態情報、及び指の操作対象面における操作位置情報を確定することができる。なお、図１０の（ｂ）に示す近接状態においては、図９に示す可変抵抗Ｒｘは無限大であり、遮断状態である。
【０１０３】
図１０の（ｃ）に示す波形図は、当該ハイブリッドタッチパネルの操作対象面が指により押圧されて押し下げられ、上部電極部１０と下部電極部２０が感圧層５を介して電気的に接続した押下荷重状態であることを示している。前述のように、感圧層５は、加圧されることにより、その圧力に応じて電気抵抗値が小さくなる特性を有している。図１０の（ｃ）に示す押下荷重状態においては、図１０の（ｂ）に示した近接状態のときのような静電容量結合状態はなく、入力手段である指と操作対象面の上部電極部１０との間、及び上部電極部１０と下部電極部２０との間は確実に電気的に接続した状態である。したがって、図１０の（ｃ）に示す押下荷重状態においては、図９に示す可変静電容量（Ｃｘ）としては実質的に零となり、可変抵抗（Ｒｘ）に電流が流れる状態となる。但し、回路には浮遊容量等が存在するため、可変静電容量（Ｃｘ）は零とはならない。この結果、充放電波形（Ｖａ）において充電時間（Ｔａ）の期間では、充電期間が不足して、所定電圧（Ｖｐ）まで充電できないこともある。その影響と放電電流の増加の影響により、充放電波形（Ｖａ）における検出放電時間（Ｔｄ）は、図１０の（ａ）に示した無操作状態に比べて時間（Ｔｎ）だけ短くなる。このように、入力部１における電気抵抗の変化により、検出放電時間（Ｔｄ）を検知して、指の操作対象面における操作状態情報、指の操作対象面における操作位置情報、及び指の操作対象面に対する操作圧力情報を確定することができる。なお、押下荷重状態とは上部電極部１０と下部電極部２０が電気的に単に接触した状態を含む。
【０１０４】
図１１は、実施の形態２のハイブリッドタッチパネルにおいて各検出点における静電容量及び圧力の検出を行う検出シーケンスを示すフローチャートである。
【０１０５】
先ず、ハイブリッドタッチパネルに電源が供給されることにより、ハイブリッドタッチパネルにおいては操作対象領域における全ての検出点に対する検出シーケンスが順次開始する。
各検出点の検出シーケンスにおいて、ステップ１０１（Ｓ１０１）では、前述のように充放電波形形成部１３で充放電波形（Ｖａ）が形成される。形成された充放電波形における検出放電時間（Ｔｄ）が基準時間（Ｔｏ）と比較される。ここで、基準時間（Ｔｏ）とは、当該ハイブリッドタッチパネルにおいて無操作状態（図１０の（ａ）参照）における放電時間（Ｔｂ）であり、無操作状態時に計測した時間を用いて設定される。ステップ１０２（Ｓ１０２）において、検出放電時間（Ｔｄ）が基準時間（Ｔｏ）とほぼ同じであれば無操作状態であるとしてステップ１０１（Ｓ１０１）に戻る。
【０１０６】
ステップ１０３（Ｓ１０３）において、検出放電時間（Ｔｄ）が基準時間（Ｔｏ）より一定期間以上長ければ近接状態であるとして、静電容量検出モード（Ｓ１０４）に移行する。一方、検出放電時間（Ｔｄ）が基準時間（Ｔｏ）より一定期間以上短ければ押下荷重状態であるとして、抵抗値検出モード（Ｓ１０７）に移行する。
【０１０７】
静電容量検出モード（Ｓ１０４）においては、検出放電時間（Ｔｄ）に基づいて、静電容量（Ｃ＋Ｃｘ：図８参照）の変化を検出する静電容量検出処理（Ｓ１０５）を行い、検出された静電容量の変化に基づき静電容量検出出力（Ｓ１０６）を行う。即ち、当該検出点が操作されたか否かの操作状態が検知される。静電容量検出出力（Ｓ１０６）を行った後、操作対象領域における次の検出点に移行して同様の検出シーケンスが行われる。
【０１０８】
ステップ１０３において、検出放電時間Ｔｄが基準時間Ｔｏより短い場合（Ｔｄ＜Ｔｏ）には、抵抗値検出モード（Ｓ１０７）が行われる。この抵抗値検出モード（Ｓ１０７）においては、検出放電時間（Ｔｄ）に基づいて、抵抗値（Ｒ・Ｒｘ／Ｒ＋Ｒｘ：図８参照）の変化を検出して座標演算処理及び圧力演算処理（Ｓ１０８）が行われる。この座標演算処理の一例としては、対向する電極の一方の電極の一端を、充放電波形形成部１３と充放電波形演算部１４で構成される検出回路５０の入力端に接続し、他方の電極の一端を接地させることにより、感圧層５の変化を含む抵抗値を計測することができる。この抵抗値計測においては、検出回路５０に接続する電極の一端と、接地する他方の電極の一端の接続状態の組合せを変更することにより、入力手段である指が操作した電極における座標位置（操作位置）を検知することが可能となる。これらの切替え制御は、制御部７０からの制御信号に基づいて第１駆動部６０ａ及び第２駆動部６０ｂにおいて行われる（図７参照）。なお、圧力演算処理においては、前述のように感圧層５が加圧された大きさ応じて抵抗値が変化するため、操作対象領域の各検出点における抵抗値の変化を検出して押圧力（操作圧力）を検知している。即ち、ハイブリッドタッチパネルの検出回路５０において押下荷重状態が検知されると、第１電極線（Ａ〜Ｈ）に接続されたスイッチング素子（ＳｗＡ〜ＳｗＨ）、及び第２電極線（１〜８）に接続されたスイッチング素子（Ｓｗ１〜Ｓｗ８）が順次オンオフ操作される（抵抗値検出処理）。具体的には、例えば下部電極部２０のための１つのスイッチング素子（Ｓｗ１）をオン状態として、第２電極線（１）を検知回路５０に接続した状態において、上部電極部１０のためのスイッチング素子（ＳｗＡ〜ＳｗＨ）に対して順次に一旦オン状態とする切替え制御を行い、上部電極部１０における第１電極線（Ａ〜Ｈ）を検出回路５０に順次に接続する。このように、各第１電極線（Ａ〜Ｈ）を検出回路５０に接続することにより、第２電極線（１）に対する全ての第１電極線（Ａ〜Ｈ）における抵抗値が検出回路５０において検出される。
【０１０９】
ステップ１０９（Ｓ１０９）においては、当該ハイブリッドタッチパネルが設けられている携帯型電子装置の制御部（図示無し）に対して、検知された座標位置（操作位置）及び押圧力（操作圧力）を示す信号を出力する。このように、当該検出点に関する座標位置（操作位置）及び押圧力（操作圧力）を示す信号が出力されると、次の検出点のための検出シーケンスへ移行する。
【０１１０】
上記のように、操作対象領域における全ての検出点の検出シーケンスが終了すると、当該操作対象領域における全ての検出点におけるリリース検出が行われる。このリリース検出は、全ての検出点において、検出放電時間（Ｔｄ）と基準時間（Ｖｏ）とを比較し、検出放電時間（Ｔｄ）が基準時間（Ｖｏ）とほぼ同じであればリリース検出となり、当該ハイブリッドタッチパネルにおける検出シーケンスが終了する。逆に、検出放電時間（Ｔｄ）と基準時間（Ｖｏ）が異なる場合には、あらためて当該操作対象領域における全ての検出点における検出シーケンスが実行される。
【０１１１】
上記のように、実施の形態２のハイブリッドタッチパネルにおいて検出シーケンスが実行されて、操作対象領域の全ての検出点における静電容量（操作状態）、座標位置（操作位置）及び押圧力（操作圧力）のそれぞれが検出される。検出された各信号は、当該ハイブリッドタッチパネルの設けられている携帯型電子装置の制御部（図示無し）に対して出力され、携帯型電子装置が制御される。
【０１１２】
実施の形態２のハイブリッドタッチパネルにおいては指を入力手段として用いた例で説明したが、本発明においては入力手段が指に限定されるものではなく導電体であれば用いることができる。さらに、スタイラスなどの不導体の場合でも、抵抗膜デジタル方式の検出にて、座標と圧力を検出することができるので、入力方法を選ばない。
【０１１３】
実施の形態２のハイブリッドタッチパネルにおいては、入力部１における静電容量検出１１により検出された静電容量検出信号（Ｃｄ）、及び抵抗値検出１２により検出された抵抗値検出信号（Ｒｄ）を、充放電波形（Ｖａ）における放電時の放電波形に用いた例で説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、静電容量検出１１及び抵抗値検出１２により検出された静電容量検出信号（Ｃｄ）及び抵抗値検出信号（Ｒｄ）を充電時の充電波形に用いることもできる。充電時において入力部１から出力された静電容量検出信号（Ｃｄ）及び抵抗値検出信号（Ｒｄ）を用いることにより、静電容量及び抵抗値に応じて充電波形の振る舞いが変化することを検出して、静電容量（操作状態）、座標位置（操作位置）及び押圧力（操作圧力）のそれぞれを検出することが可能となる。
【０１１４】
さらに、本発明においては、充放電波形（Ｖａ）における充電時の充電波形及び放電時の放電波形の両方を用いて、更に精度の高い静電容量（操作状態）、座標位置（操作位置）及び押圧力（操作圧力）のそれぞれを検出することも可能である。この場合においても、実施の形態２において説明した入力部１における静電容量検出１１により検出された静電容量検出信号（Ｃｄ）、及び抵抗値検出１２により検出された抵抗値検出信号（Ｒｄ）を用いることにより、静電容量（操作状態）、座標位置（操作位置）及び押圧力（操作圧力）のそれぞれに応じて、充電時の充電波形及び放電時の放電波形に変化が現れるため、その現象を用いることが可能となり、精度の高い検出が可能となる。
【０１１５】
なお、実施の形態２のハイブリッドタッチパネルにおいては、抵抗膜方式のデジタル（マルチ）型タッチパネルの構成と、静電容量方式のセルフ（Self)式タッチパネルの構成を併せ持つハイブリッドタッチパネルについて説明したが、本発明としては、抵抗膜方式のデジタル（マルチ）型タッチパネルの構成と、静電容量方式のミューチュアル（Mutual)式タッチパネルの構成を併せ持つハイブリッドタッチパネルを構成することが可能である。ミューチュアル（Mutual)式であっても、入力部１における静電容量検出１１により検出された静電容量検出信号（Ｃｄ）、及び抵抗値検出１２により検出された抵抗値検出信号（Ｒｄ）を、充放電波形（Ｖａ）における波形の変化を検出して、入力手段の操作状態（動作状態）及び操作位置（座標位置）を検知することが可能となる。
【０１１６】
実施の形態２のハイブリッドタッチパネルにおける入力部１は、表示装置の液晶画面上に設けられて、全体的に光透過性の材料で形成されているため、液晶画面上を目視しつつ入力部１の操作対象面を入力手段である指により入力操作する構成である。したがって、入力部１における上部フィルム２、上部電極部１０、感圧層５、下部電極部２０、及び下部フィルム８は光透過性材料で形成されている。また、上部電極部１０と下部電極部２０が対向配置されている入力部１の内部空間（対応領域４０（図６参照））には、実施の形態２の構成においては空気（屈折率：１）が存在する構成で説明したが、上部電極部１０と下部電極部２０等の光学特性を考慮して、液層で構成しても良い。液層としては、例えば、上部電極部１０と下部電極部２０の構成物における各材質の屈折率に近いもの、即ち空気以上の屈折率を有するものであり、流動性、光透過性、電気絶縁性、及び耐熱性を有する材質のものが用いることが好ましい。
【０１１７】
上部フィルム２及び下部フィルム８の材質としては、フレキシブル基板に使用可能な材質、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、アクリル系樹脂、若しくは、ＡＮ樹脂などの汎用樹脂を用いることができる。上部電極部１０及び下部電極部２０の厚みは、例えば、５μｍ〜２５μｍに設定されている。上部電極部１０及び下部電極部２０の材料としては、ＩＴＯや、ＣＮＴ、Ａｇワイヤインキなどの透明導電材料を使用することが好ましい。但し、金、銀、銅、若しくはニッケルなどの金属、あるいはカーボンなどの導電性を有するペーストを用いて形成することも可能である。これらの形成方法としては、スクリーン印刷、オフセット印刷、グラビア印刷、若しくはフレキソ印刷などの印刷法、フォトレジスト法などが挙げられる。また、上部電極部１０及び下部電極部２０は、銅若しくは金などの金属箔を貼り付けて形成することもできる。さらに、上部電極部１０及び下部電極部２０は、銅などの金属をメッキしたＦＰＣ（フレキシブル回路基板）の上にレジストで電極パターンを形成し、レジストで保護されていない部分の金属箔をエッチング処理することによって形成することもできる。
【０１１８】
なお、上部電極部１０と下部電極部２０との対向領域４０を確保するため、隙間保持部材としての接着剤９が設けられている。接着剤９は、粘着性を有して上部フィルム２と下部フィルム８とを接着するとともに、上部電極部１０と感圧層５との対向面間に隙間を保持するための絶縁性部材である。接着剤９としては、例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルムなどの芯材の両面にアクリル系の接着糊などの粘着剤を形成した両面粘着テープである。接着剤９の厚みは、例えば、５〜２０μｍに設定されている。また、接着剤９としては、ＵＶ硬化樹脂や熱硬化樹脂などの各種接着剤で厚みを５〜２０μｍに設定しても良い。
【０１１９】
上記のように、本発明に係る入力装置としてのハイブリッドタッチパネルは、簡単な回路構成により静電容量、抵抗及び圧力を検出して操作状態情報、操作位置情報及び操作圧力情報を電子機器に入力手段の種類、例えば入力手段が指かスタイラスであるかに拘らず、入力することができるものであり、簡単な入力手段の操作により各種情報を精度高く、且つ素早く入力することができる汎用性の高い入力装置としてのハイブリッドタッチパネルである。
【０１２０】
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施の形態に関連して充分に記載されているが、この技術に熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、本発明の範囲から外れない限りにおいて、本発明に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明に係る入力装置は、各種電子機器に設けることにより、各種情報を精度高く、且つ素早く入力することができるため、例えば、ＰＤＡ、ハンディターミナルなどの携帯情報端末、コピー機、ファクシミリなどのＯＡ機器、スマートフォン、携帯電話機、携帯ゲーム機器、電子辞書、カーナビゲーションシステム、小型ＰＣ、若しくは各種家電品などの電子機器に有用である。
【符号の説明】
【０１２２】
１  入力部
２  上部フィルム
３  上部配線パターン
４  上部検知電極
５  感圧層
６  下部検知電極
７  下部配線パターン
８  下部フィルム
９  接着部
１０  上部電極部
１１  静電容量検出
１２  抵抗値検出
１３  充放電波形形成部
１４  充放電波形演算部
１５  出力部
２０  下部電極部
４０  対向領域
５０  検出回路
６０ａ  第１駆動部
６０ｂ  第２駆動部
７０  制御部
【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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【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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【手続補正書】
【提出日】平成25年12月25日(2013.12.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
一方の電極部である上部電極部１０は、入力手段、例えば指による操作対象面となる上部フィルム２、上部配線パターン３、及び上部検知電極４を有して構成されている。他方の電極部である下部電極部２０は、下部検知電極６、下部配線パターン７、及び表示装置の基板（図示省略）に固定される下部フィルム８を有して構成されている。なお、実施の形態１においては、感圧層５が下部検知電極６における上部検知電極４と対向する面に形成した例で説明するが、感圧層５としては、反対に、上部検知電極４における下部検知電極６と対向する面に形成しても良く、いずれの面に形成しても同様の効果を有する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
抵抗値検出モード（Ｓ８）においては、検出放電時間Ｔｄに基づいて、抵抗値（Ｒ・Ｒｘ／（Ｒ＋Ｒｘ）：図３参照）の変化を検出して座標演算処理及び圧力演算処理（Ｓ９）が行われる。この座標演算処理の一例としては、対向する電極の一方の電極の一端を、充放電波形形成部１３と充放電波形演算部１４で構成される検出回路５０の入力端に接続し、他方の電極の一端を接地させることにより、感圧層５の変化を含む抵抗値を計測することができる。この抵抗値計測において、検出回路５０に接続する電極の一端と、接地する他方の電極の一端の接続状態の組合せを変更することにより、入力手段である指が操作した電極における座標位置（操作位置）を検知することが可能となる。これらの切替え制御は、駆動制御部６０において行われる（図２参照）。駆動制御部６０は複数のスイッチング素子で構成されて、座標演算処理及び圧力演算処理において各電極の切替え制御を行っている。また、圧力演算処理においては、感圧層５が加圧された大きさ応じて抵抗値が変化するため、特定された座標位置における抵抗値の変化を検出して押圧力（操作圧力）を検知している。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１０】
上記のように、操作対象領域における全ての検出点の検出シーケンスが終了すると、当該操作対象領域における全ての検出点におけるリリース検出が行われる。このリリース検出は、全ての検出点において、検出放電時間（Ｔｄ）と基準時間（Ｔｏ）とを比較し、検出放電時間（Ｔｄ）が基準時間（Ｔｏ）とほぼ同じであればリリース検出となり、当該ハイブリッドタッチパネルにおける検出シーケンスが終了する。逆に、検出放電時間（Ｔｄ）と基準時間（Ｔｏ）が異なる場合には、あらためて当該操作対象領域における全ての検出点における検出シーケンスが実行される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１６】
実施の形態２のハイブリッドタッチパネルにおける入力部１は、表示装置の液晶画面上に設けられて、全体的に光透過性の材料で形成されているため、液晶画面上を目視しつつ入力部１の操作対象面を入力手段である指により入力操作する構成である。したがって、入力部１における上部フィルム２、上部電極部１０、感圧層５、下部電極部２０、及び下部フィルム８は光透過性材料で形成されている。また、上部電極部１０と下部電極部２０が対向配置されている入力部１の内部空間（対向領域４０（図６参照））には、実施の形態２の構成においては空気（屈折率：１）が存在する構成で説明したが、上部電極部１０と下部電極部２０等の光学特性を考慮して、液層で構成しても良い。液層としては、例えば、上部電極部１０と下部電極部２０の構成物における各材質の屈折率に近いもの、即ち空気以上の屈折率を有するものであり、流動性、光透過性、電気絶縁性、及び耐熱性を有する材質のものが用いることが好ましい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
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【国際調査報告】
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