(57)【要約】投影型静電容量式タッチパネル（３６，５３，５８，８０）用の複数の第一の入出力端子（１３）を備える、静電容量測定と圧力測定とを組み合わせて実行するデバイス （４８）であって、投影型静電容量式タッチパネル（３６，５３，５８，８０）は、複数の感知電極（１０，３１）と１つの共通電極（１１）との間に配置された圧電材料（１２）の層を含んでいる。デバイス（４８）はまた、静電容量式タッチコントローラ（５）のための複数の第二の入出力端子（１４）を含んでいる。装置（４８）はまた、複数の分離ステージ（２，７０，７６）を含んでおり、各分離ステージ（２，７０，７６）は、１つの第一の入出力端子（１３）を対応する第二の入出力端子（１４）に接続していて、各分離ステージ（２，７０，７６）は、それぞれの第一と第二の入出力端子（１３，１４）の間の信号（２１，３３，３４）をフィルタリングするための第一の周波数依存フィルタ（１５；図１）を含んでいる。デバイス（４８）はまた、少なくとも１つの増幅ステージ（３，７１，７７）を含んでおり、各増幅ステージ（３，７１，７７）は、増幅された信号（２０）を供給するように構成された少なくとも１つの入力と出力とを有しており、増幅ステージ（３，７１，７７）の数は、分離ステージ（２，７０，７６）の数と同数か又はそれ以下であり、各増幅ステージ入力は、それぞれの分離ステージ（２，７０，７６）を介して１つ又は複数の第一の入出力端子（１３）に接続されている。各増幅ステージ（３，７１，７７）又は各分離ステージ（２，７０，７６）は、それぞれの第一の入出力端子（１３）と増幅ステージ入力との間の信号をフィルタリングするための第二の周波数依存フィルタを含んでいる。各第一の周波数依存フィルタ（１６；図１）は、静電容量式タッチコントローラ（５）からの信号（２１，３３，３４）を通過させるように構成されており、各第二の周波数依存フィルタ（１６；図１）は、静電容量式タッチコントローラ（５）からの信号（２１，３３，３４）を減衰させるように構成されている。
2019504407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の感知電極と１つの共通電極との間に配置された圧電材料の層を有する投影型静電容量式タッチパネル用の複数の第一の入出力端子と、
静電容量式タッチコントローラ用の複数の第二の入出力端子と、
各分離ステージが１つの第一の入出力端子を対応する第二の入出力端子に接続していて、かつ各分離ステージがそれぞれの第一及び第二の入出力端子間の信号をフィルタリングするための第一の周波数依存フィルタを備えている、複数の分離ステージと、
各増幅ステージが増幅された信号を供給するように構成された少なくとも１つの入力及び出力を有する少なくとも１つの増幅ステージとを備えており、ここで増幅ステージの数は分離ステージと同数か又はそれ以下であり、各増幅ステージ入力は、それぞれの分離ステージを介して１つ又は複数の第一の入出力端子に接続されており、
各増幅ステージ又は各分離ステージは、それぞれの第一の入出力端子と増幅ステージ入力との間の信号をフィルタリングするための第二の周波数依存フィルタを備えており、
各第一の周波数依存フィルタは、前記静電容量式タッチコントローラからの信号を通過させるように構成されていて、各第二の周波数依存フィルタは、前記静電容量式タッチコントローラからの信号を減衰させるように構成されている
デバイス。
【請求項２】
前記第二の周波数依存フィルタは、各増幅ステージ出力からの前記増幅された信号の振幅が、対応する第一の入出力端子に接続されている前記感知電極に近接する前記投影型静電容量式タッチパネルに加えられる圧力に依存するように構成されている
請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
各増幅ステージは、１つの分離ステージを介して１つの第一の入出力端子に接続されている
請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項４】
各増幅ステージは、それぞれの分離ステージを介して２つ又はそれ以上の前記第一の入出力端子に接続されている
請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項５】
前記増幅ステージは、仮想接地増幅器を含んでいる
先行する請求項のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項６】
前記複数の分離ステージと前記複数の増幅ステージとは、抵抗ネットワークによって接続されている
先行する請求項のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項７】
前記静電容量式タッチコントローラからバイアス信号を受け取るための共通端子をさらに備えており、
各分離ステージは、追加の第一の周波数依存フィルタと、直列に接続された基準抵抗及び基準静電容量とをさらに備えており、各分離ステージは、前記基準抵抗及び基準静電容量を介してそれぞれの前記第二の入出力端子を前記共通端子と接続するように構成されており、追加の前記第一の周波数依存フィルタは、それぞれの前記第二の入出力端子と前記共通端子との間の信号をフィルタリングするようになっており、
各増幅ステージは、それぞれの前記分離ステージを介して１つ又は複数の前記第一の入出力端子に接続された第一の増幅ステージ入力と、それぞれの前記分離ステージの前記基準抵抗及び前記基準静電容量を介して前記共通端子に接続された第二の増幅ステージ入力とを有する差動増幅ステージであり、
各分離ステージが第二の周波数依存フィルタを含んでいる場合は、各分離ステージは、それぞれの前記第二の増幅ステージ入力の第一の端子と前記共通端子との間の信号をフィルタリングするための追加の第二の周波数依存フィルタとをさらに備えている
先行する請求項のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項８】
前記第一の周波数依存フィルタは、静電容量を含んでいる
先行する請求項のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項９】
各増幅ステージは、第二の周波数依存フィルタを備えており、そして各第二の周波数依存フィルタは、帰還回路網と１つ又は複数の演算増幅器とを備えている
先行する請求項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
第三の端子と、
複数の入力及び１つの出力を有していて、各入力が対応する増幅ステージ出力に接続されていて、前記出力が前記第三の端子に接続されている圧力信号処理モジュールと
をさらに備えており、
前記圧力信号処理モジュールは、前記増幅された信号に基づいて圧力値を算出するため、そして圧力値を含んだ出力を前記第三の端子へ供給するために、前記増幅された信号を受け取るように構成されている
先行する請求項のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１１】
複数の第三の端子をさらに備えており、各第三の端子は、対応する増幅ステージ出力に接続されている
請求項１〜９のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１２】
複数の電極監視ポートと１つの共通出力ポートとを有する静電容量式タッチコントローラをさらに備えており、各電極監視ポートは、対応する第二の入出力端子に接続されており、前記共通出力ポートは、前記投影型静電容量式タッチパネルの共通電極にバイアス信号を供給するようになっており、
前記静電容量式タッチコントローラは、送られた信号及び／又は受け取られた信号に基づいて静電容量値を算出するため、そして静電容量値を含んだ出力を供給するために、それぞれの信号分離ステージを介して前記投影型静電容量式タッチパネルの感知電極へ信号を送り、及び／又は感知電極から信号を受け取るように構成されている
先行する請求項のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１３】
請求項１１に記載のデバイスと、
複数の入力と１つの出力とを有する圧力信号処理モジュールと
を備えており、各入力は、前記デバイスの対応する第三の端子に接続されており、
前記圧力信号処理モジュールは、前記増幅された信号に基づいて圧力値を算出するため、また圧力値を含んだ出力を供給するために、前記増幅された信号を受け取るように構成されている
装置。
【請求項１４】
前記圧力信号処理モジュールは、前記デバイスとは別のパッケージ内に収容されていて、かつ前記デバイスと接続されている、
請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載のデバイス又は請求項１３もしくは１４に記載の装置と、
複数の電極監視ポート及び１つの共通出力ポートを有する静電容量式タッチコントローラとを備えており、各電極監視ポートは、前記デバイスの対応する第二の入出力端子に接続されていて、前記共通出力ポートは、前記投影型静電容量式タッチパネルの共通電極にバイアス信号を供給するようになっており、
前記静電容量式タッチコントローラは、送られた信号及び／又は受け取られた信号に基づいて静電容量値を算出するため、そして静電容量値を含んだ出力を供給するために、それぞれの前記信号分離ステージを介して前記投影型静電容量式タッチパネルの感知電極へ信号を送り、及び／又は感知電極から信号を受け取るように構成されている
装置。
【請求項１６】
前記静電容量式タッチコントローラは、前記デバイスとは別のパッケージ内に収容されていて、かつ前記デバイスと接続されている
請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載のデバイス又は請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の装置と、
タッチパネルとを備えており、
前記タッチパネルは、
１つ又は複数の層を有する層構造と、ここで、各層は厚み方向に対して垂直に延在しており、前記１つ又は複数の層は、圧電材料の層を含んでおり、前記層構造は、第一及び第二の反対を向いた面を有しており、前記層は、各層の厚み方向が前記第一の面及び前記第二の面に対して垂直となるように前記第一の面と前記第二の面との間に配置されており、
前記第一の面上に配置された複数の第一の感知電極と、ここで、各第一の感知電極は、対応する第一の入出力端子と接続されており、
静電容量式タッチコントローラからのバイアス信号を受け取るための、前記第二の面上に配置された１つの共通電極とを備えており、
ここで、前記デバイス又は前記装置が共通端子を含んでいる場合は、前記共通電極が前記共通端子に接続されており、前記デバイス又は前記装置が静電容量式タッチコントローラを含んでいる場合は、前記静電容量式タッチコントローラの前記共通出力ポートが前記共通電極に接続されている
タッチパネルシステム。
【請求項１８】
前記共通電極は、グリッド状に配置された導電材料領域を含んでいる
請求項１７に記載のタッチパネルシステム。
【請求項１９】
前記複数の第一の電極は、前記第一の面上にアレイ状に配置された複数の導電パッドを含んでいる
請求項１７又は１８に記載のタッチパネルシステム。
【請求項２０】
前記タッチパネルは、前記層構造の前記第一の面に重なるように配置されていて、前記層構造が前記複数の第二の感知電極と前記共通電極との間に位置するように配置された複数の第二の感知電極をさらに備えており、
第二の感知電極の各々は、対応する第一の入出力端子と接続されている
請求項１７又は１８に記載のタッチパネルシステム。
【請求項２１】
各第一の感知電極は第一の方向において延在していて、前記複数の第一の感知電極は前記第一の方向に対して垂直に離間して配列されており、各第二の感知電極は第二の方向において延在していて、前記複数の第二の感知電極は前記第二の方向に対して垂直に離間して配列されており、ここで前記第一の方向と前記第二の方向とは異なっている
請求項２０に記載のタッチパネルシステム。
【請求項２２】
前記タッチパネルは、１つ又は複数の誘電体層を含んだ第二の層構造をさらに備えており、各誘電体層は、厚み方向に対して垂直に延在しており、前記第二の層構造は、第三及び第四の反対を向いた面を有しており、前記誘電体層は、各誘電体層の厚み方向が第三及び第四の面に対して垂直となるように前記第三及び第四の面の間に配置されており、
前記複数の第二の感知電極は、前記第二の層構造の前記第三の面上に配置されていて、前記第二の層構造の前記第四の面は、複数の第一の感知電極に接触している
請求項２０又は２１に記載のタッチパネルシステム。
【請求項２３】
前記複数の第二の感知電極は、前記層構造の前記第一の面上に配置されており、各第一の感知電極は、連続した導電性領域を有しており、各第二の感知電極は、ジャンパによって互いに電気的に接続された複数の導電性領域を有しており、各ジャンパは、前記第一の感知電極の１つの一部を形成する導電性領域にまたがっている
請求項２０又は２１に記載のタッチパネルシステム。
【請求項２４】
先行する請求項のいずれか１項に記載のデバイス又は装置又はタッチパネルシステムを備えた携帯用電子デバイス。
【請求項２５】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載のデバイス又は請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の装置又は請求項１７〜２３のいずれか１項に記載のタッチパネルシステムと、
前記圧力値及び／又は静電容量値を受け取るように配置された信号処理装置とを備えており、前記信号処理装置は、前記圧力値及び／又は静電容量値の信号対雑音比を向上させるために相関二重サンプリング法を用いるように構成されている
携帯用電子デバイス。
【請求項２６】
前記信号処理装置は、前記圧力値及び／又は前記静電容量値を画像データとして扱うように構成されている
請求項２５に記載のモバイルデバイス。
【請求項２７】
前記タッチパネルは、表示画面の上に重なっている
請求項２４〜２６のいずれか１項に記載のモバイルデバイス。
【請求項２８】
前記タッチパネルは、表示画面に組み込まれている
請求項２４〜２６のいずれか１項に記載のモバイルデバイス。
【請求項２９】
第一の周波数依存フィルタを用いて、複数の感知電極と１つの共通電極との間に配置された圧電材料の層を含んだ投影型静電容量式タッチパネルの感知電極と静電容量式タッチコントローラとの間の信号を送信してフィルタリングするステップと、
フィルタリングされた信号を生成するために、第二の周波数依存フィルタを用いて、前記投影型静電容量式タッチパネルの感知電極と増幅ステージ入力との間の信号をフィルタリングするステップと、
増幅された信号を生成するために、前記フィルタリングされた信号を増幅するステップと
を備えており、
各第一の周波数依存フィルタは前記静電容量式タッチコントローラからの信号を通過させるように構成されていて、各第二の周波数依存フィルタは前記静電容量式タッチコントローラからの信号を減衰させるように構成されている
方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、静電容量感知と圧力感知とを組み合わせて実行するタッチパネルに関する。
【背景】
【０００２】
抵抗膜式及び静電容量式のタッチパネルは、コンピュータやモバイルデバイスの入力デバイスとして使用される。静電容量式タッチパネルの１つの種類である投影型静電容量式タッチパネルは、外部層がガラス製である場合があり、引っ掻き傷に強い硬い表面を提供するため、しばしばモバイルデバイスに使用されている。投影型静電容量式タッチパネルの一例が、米国特許出願公開第２０１０／００７９３８４号に記載されている。
【０００３】
投影型静電容量式タッチパネルは、導電性物体が接近すると生じる電場の変化を検出することによって動作する。投影型静電容量式タッチパネルがタッチされる位置は、しばしば、静電容量センサのアレイ（array）又はグリッド（grid）を用いて判定される。投影型静電容量式タッチパネルは、通常、シングルタッチイベントとマルチタッチイベントとを区別することができるが、圧力を感知できないという欠点がある。したがって、投影型静電容量式タッチパネルは、比較的軽いタップ（tap）と比較的重い押圧（press）とを区別することができない傾向がある。圧力を感知することのできるタッチパネルは、単純なタッチの位置に追加の情報を供給することによって、ユーザが新しい方法でデバイスとやりとりする（interact）ことを可能にする。
【０００４】
タッチパネルが圧力を感知できるようにするための様々なアプローチが提案されている。１つのアプローチは、相互静電容量（mutual capacitance）に測定可能な差を生ずるように、加えられた圧力によってサイズが縮小されうる間隙（gap）を含んだ静電容量センサを提供することである。例えば、米国特許出願公開第２０１４／０４３２８９号には、デジタイザシステム用の感圧式静電容量センサが記載されており、インタラクション表面（interaction surface）と相互静電容量感知とによってインタラクションを感知するように動作することのできる少なくとも１つの感知層と、弾性特性を備えていて静電容量センサへのユーザインタラクション（user interaction）の間に局所的に加えられた圧力に応じて局所的に圧縮されるように動作することのできる追加的な層とを含んでいる。しかしながら、測定可能な変位を必要とすることは、ガラスのタッチ表面を使用することをより困難にしかねず、ひずみが繰り返された後に材料疲労の問題を引き起こしかねない。
【０００５】
他の感圧式タッチパネルは、静電容量式タッチパネルに加えられる圧力が、パネル背後に位置するか又は外周付近に配置された１つ又は複数のセンサに転送されるように、静電容量式タッチパネルを支援する１つ又は複数の個別の力センサを使用することを提案している。例えば、米国特許出願公開第２０１３／００７６６４６号には、タッチ回路に接続することのできる力センサインタフェースを備えた歪みゲージを用いることが記載されている。国際公開第２０１２／０３１５６４号には、第一のパネルと、第二のパネルと、第一のパネルと第二のパネルとの間に挟まれた変位センサとを含んだタッチパネルが記載されている。静電容量型センサやピエゾ抵抗型センサなどの変位センサは、第二のパネルの縁付近に配置されている。しかしながら、タッチパネルの背後に配置されたセンサや外周付近に配置されたセンサを用いて複数のタッチの圧力を区別することは、ときとして困難である。
【０００６】
静電容量式タッチ感知と力感応圧電層とを組み合わせようと試みる他の感圧式タッチパネルが提案されている。例えば、国際公開第２００９／１５０４９８号には、第一の層と、第二の層と、第三の層と、第一の層に結合された静電容量感知要素と、第一の層と第三の層とに結合されていて第二の層に加えられる力の量を検出するように構成された力感知要素とを含んだデバイスが記載されている。国際公開第２０１５／０４６２８９号には、圧電センサと静電センサとを積み重ねて形成されたタッチパネルが記載されている。圧電センサは押圧力検出信号生成部に接続されていて、静電センサは接触検出信号生成部に接続されている。しかしながら、静電容量（capacitance）と圧力の変化を感知するために別個の電極及び／又は別個の電子デバイスを使用するシステムは、タッチパネルをより大きく、しかもより高価なものにしかねない。電極が圧電膜上に直接的に設置されるか、又はパターニングされたシステムは、製造がより複雑で、しかもより高価なものになりかねない。
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、改良された静電容量式タッチパネルを提供することを目的とする。
【０００８】
本発明の第一の実施形態によれば、投影型静電容量式タッチパネルのための多数の第一の入出力端子を含み、この投影型静電容量式タッチパネルが複数の感知電極と１つの共通電極との間に配置された圧電材料の層を含んだデバイスが提供される。このデバイスはまた、静電容量式タッチコントローラのための複数の第二の入出力端子を含んでいる。このデバイスはまた、複数の分離ステージを含んでおり、各分離ステージは１つの第一の入出力端子を対応する第二の入出力端子に接続しており、各分離ステージは、それぞれの第一及び第二の入出力端子間の信号をフィルタリングするための第一の周波数依存フィルタを含んでいる。このデバイスはまた、少なくとも１つの増幅ステージを含んでおり、各増幅ステージは、増幅された信号を供給するように構成された少なくとも１つの入力と１つの出力とを有しており、増幅ステージの数は分離ステージの数と同数又はそれ以下であり、各増幅ステージ入力は、それぞれの分離ステージを介して１つ又は複数の第一の入出力端子に接続されている。各増幅ステージ又は各分離ステージは、それぞれの第一の入出力端子と増幅ステージ入力との間の信号をフィルタリングするための第二の周波数依存フィルタを含んでいる。各第一の周波数依存フィルタは、静電容量式タッチコントローラからの信号を通過させるように構成されており、各第二の周波数依存フィルタは、静電容量式タッチコントローラからの信号を減衰させるように構成されている。
【０００９】
したがって、単一の電極セットを使用して、圧力測定と静電容量測定とを行うことができる。これにより、タッチパネルの複雑さを大幅に増加させることなく、圧力測定と静電容量測定とをタッチパネルと制御システムに組み込むことが可能になる。圧力情報と静電容量情報の両方を含んだ単一の信号は、既存の投影型静電容量式タッチパネル及び静電容量式タッチコントローラに容易に組み込みうる方法で処理されうる。
【００１０】
各第一の周波数依存フィルタは、少なくとも１つの帯域通過フィルタを備えていてよく、各第二の周波数依存フィルタは、少なくとも１つの低域通過フィルタを備えていてよい。第一の周波数依存フィルタは、少なくとも１つの帯域通過フィルタを備えていてよく、第二の周波数依存フィルタは、少なくとも１つの帯域阻止フィルタを備えていてよい。第一の周波数依存フィルタは高域通過フィルタを含んでいてよく、第二の周波数依存フィルタは低域通過フィルタを含んでいてよい。各帯域通過フィルタはノッチフィルタ又はくし形フィルタであってよい。各帯域阻止フィルタはノッチフィルタ又はくし形フィルタであってよい。フィルタは受動フィルタ回路を備えていてよい。フィルタは単一のステージを備えていてよい。フィルタは複数のステージを備えていてよい。フィルタは、バターワースフィルタ、チェビシェフフィルタ、ガウシアンフィルタ及びベッセルフィルタからなるグループから選択されるフィルタ回路を備えていてよい。
【００１１】
第二の周波数依存フィルタは、タッチパネル内の圧電材料の層の焦電応答を排除するように構成された低周波カットオフを有していてよい。低周波カットオフは、少なくとも７Ｈｚであってよい。第二の周波数依存フィルタは、主電源分配周波数を排除するように構成された低周波カットオフを有していてよい。第二の周波数依存フィルタは、主電源分配周波数を中心とするノッチフィルタを含んでいてよい。主電源分配周波数は、５０Ｈｚか、６０Ｈｚか、少なくとも１００Ｈｚか、少なくとも２００Ｈｚか又は少なくとも４００Ｈｚでありうる。
【００１２】
第二の周波数依存フィルタは、各増幅ステージ出力からの増幅された信号の振幅が、対応する第一の入出力端子に接続された感知電極に近接した、投影型静電容量式タッチパネルに加えられる圧力に依存するように構成されうる。
【００１３】
各増幅ステージは、１つの分離ステージを介して１つの第一の入出力端子に接続されうる。各増幅ステージは、それぞれの分離ステージを介して２つ又はそれ以上の第一の入出力端子に接続されうる。
【００１４】
各増幅ステージは、増幅された信号を供給する仮想接地増幅器を含んでいてよい。各増幅ステージは、増幅された信号を供給する積分増幅器を含んでいてよい。各増幅ステージは、増幅された信号を供給する電荷増幅器を含んでいてよい。
【００１５】
複数の分離ステージと複数の増幅ステージとは、抵抗ネットワークによって接続されていてよい。複数の分離ステージと複数の増幅ステージとは、１つ又は複数のマルチプレクサを使用して接続されていてよい。
【００１６】
デバイスは、静電容量式タッチコントローラからバイアス信号を受け取るための共通端子をさらに含んでいてよい。各分離ステージは、追加の第一の周波数依存フィルタと、直列に接続された参照抵抗及び参照静電容量と、それぞれの第二の入出力端子を参照抵抗及び参照静電容量を介して共通端子に接続するように構成された各分離ステージと、それぞれの第二の入出力端子と共通端子との間の信号をフィルタリングするための追加の第一の周波数依存フィルタとをさらに含んでいてよい。各増幅ステージは、それぞれの分離ステージを介して第一の１つ又は複数の入出力端子に接続された第一の増幅ステージ入力と、それぞれの分離ステージの参照抵抗及び参照静電容量を介して共通端子に接続された第二の増幅ステージ入力とを含んだ差動増幅ステージであってよい。各分離ステージが第二の周波数依存フィルタを含んでいる場合は、各分離ステージは、それぞれの第二の増幅ステージ入力第一端子と共通端子との間の信号をフィルタリングするための追加の第二の周波数依存フィルタをさらに含んでいてよい。
【００１７】
したがって、静電容量測定は、増幅された信号の信号対雑音比を改善するために、圧力信号の差動増幅と組み合わされうる。
【００１８】
第一の周波数依存フィルタは静電容量（capacitance）であってよい。
【００１９】
各増幅ステージは、第二の周波数依存フィルタを含んでいてよく、各第二の周波数依存フィルタは、帰還回路網及び１つ又は複数の演算増幅器であってよい。帰還回路網は、抵抗−静電容量ネットワークであってよい。
【００２０】
デバイスは、さらに第三の端子を含んでいてよい。このデバイスは、各入力が対応する増幅ステージ出力に接続されていて、かつ出力が第三の端子に接続されている、複数の入力及び出力を備えた圧力信号処理モジュールをさらに含んでいてよい。この圧力信号処理モジュールは、増幅された信号を受け取り、この増幅された信号に基づいて圧力値を算出し、この圧力値を含んだ出力を第三の端子に供給するように構成されていてよい。
【００２１】
デバイスは、複数の第三の端子をさらに含んでいてよく、各第三の端子は対応する増幅ステージ出力に接続されている。
【００２２】
デバイスは、複数の電極監視ポートと１つの共通の出力ポートとを有する静電容量式タッチコントローラとをさらに含んでいてよく、各電極監視ポートは対応する第二の入出力端子に接続されており、共通出力ポートは投影型静電容量式タッチパネルの共通電極にバイアス信号を供給するようになっている。静電容量式タッチコントローラは、それぞれの信号分離ステージを介して投影型静電容量式タッチパネルの感知電極に信号を送り、及び／又は感知電極から信号を受け取り、送られた信号及び／又は受け取られた信号に基づいて静電容量値を算出し、この静電容量値を含んだ出力を供給するように構成されていてよい。
【００２３】
デバイスと、複数の入力及び１つの出力を有する圧力信号処理モジュールとを含む装置が提供されうる。ここで、各入力はデバイスの対応する第三の端子に接続されている。圧力信号処理モジュールは、増幅された信号に基づいて圧力値を算出するため、そしてこの圧力値を含んだ出力を供給するために、増幅された信号を受け取るように構成されていてよい。
【００２４】
圧力信号処理モジュールは、デバイスとは別個のパッケージに収容されていて、デバイスと接続されていてもよい。
【００２５】
デバイスと、圧力信号処理モジュールと、複数の電極監視ポート及び１つの共通出力ポートを有する静電容量式タッチコントローラとを含む装置が提供されうる。各電極監視ポートは、デバイスの対応する第二の入出力端子に接続されていてよく、共通出力ポートは、投影型静電容量式タッチパネルの共通電極にバイアス信号を供給するためのものであってよい。静電容量式タッチコントローラは、それぞれの信号分離ステージを介して投影型静電容量式タッチパネルの感知電極に信号を送り、及び／又は感知電極から信号を受け取り、送られた信号及び／又は受け取られた信号に基づいて静電容量値を算出し、そしてこの静電容量値を含んだ出力を供給するように構成されていてよい。
【００２６】
静電容量式タッチコントローラは、デバイスとは別個のパッケージに収容されていて、デバイスと接続されていてもよい。
【００２７】
静電容量式タッチコントローラは、タッチパネルの感知電極の自己静電容量（self-capacitance）を判定するように構成されうる。静電容量式タッチコントローラは、タッチパネルの感知電極の一対の間の相互静電容量を判定するように構成されうる。静電容量式タッチコントローラは、各感知電極の自己静電容量を順次測定しうる。静電容量式タッチコントローラは、感知電極の自己静電容量を同時に測定しうる。静電容量式タッチコントローラは、感知電極の各対の間の相互静電容量を順次測定しうる。各電極監視ポートは、１つの第二の入出力端子に接続している。静電容量式タッチコントローラは、圧電材料の層を含まない静電容量式タッチパネルのコントローラであってもよい。
【００２８】
デバイス又はデバイスを含んだ装置を含んでいて、さらにタッチパネルを含んだタッチパネルシステムが提供されうる。タッチパネルは、１つ又は複数の層を含んだ層構造を含んでいてよく、各層は厚み方向に対して垂直に延在しており、１つ又は複数の層は圧電材料の層を含んでおり、層構造は第一及び第二の反対を向いた面を有しており、層は各層の厚み方向が第一及び第二の面に対して垂直となるように第一の面と第二の面との間に配置されている。タッチパネルは、第一の面上に配置された複数の第一の感知電極をさらに含んでいてよく、各第一の感知電極は対応する第一の入出力端子に接続されている。タッチパネルはまた、静電容量式タッチコントローラからバイアス信号を受け取るための、第二の面上に配置された１つの共通電極を含んでいてよい。デバイス又は装置が共通端子を含んでいる場合は、共通電極が共通端子に接続されていてもよい。デバイス又は装置が静電容量式タッチコントローラを含んでいる場合は、静電容量式タッチコントローラの共通出力ポートが共通電極に接続されていてもよい。
【００２９】
層構造は、圧電材料の層と層構造の第一の面との間に積み重ねられた１つ又は複数の誘電体層を含んでいてよい。層構造は、層構造の第二の面と圧電材料の層との間に積み重ねられた１つ又は複数の誘電体層を含んでいてよい。
【００３０】
共通電極は、グリッド状に（in a grid）配置された導電性材料の領域であってよい。
【００３１】
従って、共通電極は、静電相互作用を遮ることなしに、感知電極とユーザとの間に配置されうる。
【００３２】
複数の第一の電極は、第一の面上にアレイ状に（in an array）配置された複数の導電パッドであってよい。
【００３３】
タッチパネルは、層構造の第一面に重なるように配置されていて、かつ複数の第二の感知電極と共通電極との間に層構造が位置するように配置された複数の第二の感知電極をさらに含んでいてよい。第二の感知電極の各々は、対応する第一の入出力端子に接続されていてよい。第一の入出力端子の各々は、１つの第一の感知電極又は１つの第二の感知電極と接続されていてよい。
【００３４】
各第一の感知電極は第一の方向において延在していてよく、複数の第一の感知電極は第一の方向に対して垂直に離間して配列されていてよい。各第二の感知電極は第二の方向において延在していてよく、複数の第二の感知電極は第二の方向に対して垂直に離間して配列されていてよい。第一の方向と第二の方向とは異なっていてよい。
【００３５】
タッチパネルは、１つ又は複数の誘電体層を含んだ第二の層構造をさらに含んでいてよく、各誘電体層は厚み方向に対して垂直に延在しており、第二の層構造は第三及び第四の反対を向いた面を有しており、誘電体層は、各誘電体層の厚み方向が第三及び第四の面に対して垂直となるように第三の面と第四の面との間に配置されている。複数の第二の感知電極は、第二の層構造の第三の面上に配置されていてよく、第二の層構造の第四の面は、複数の第一の感知電極に接触していてよい。
【００３６】
複数の第二の感知電極は、層構造の第一の面上に配置されていてよい。各第一の感知電極は連続した導電性領域であってよく、各第二の感知電極はジャンパによって互いに電気的に接続された複数の導電性領域であってよく、各ジャンパは、第一の感知電極の１つの一部を形成する導電性領域にまたがっている。
【００３７】
タッチパネルは、複数の分離された共通電極を含んでいてよい。タッチパネルは、層構造の第二の面上に配置された複数の第二の感知電極をさらに含んでいてよい。各第二の感知電極は、それぞれの第一の入出力端子に接続されていてよい。各第一の感知電極は第一の方向において延在していてよく、複数の第一の感知電極は第一の方向に対して垂直に離間して配列されていてよい。それぞれの分離された共通電極は、第二の方向において延在していてよく、複数の分離された共通電極は、第二の方向に対して垂直に離間して配列されていてよい。各第二の感知電極は第二の方向において延在していてよく、複数の第二の感知電極は第二の方向に対して垂直に離間して配列されていてよい。第二の感知電極は、複数の分離された共通電極と平行でかつ交互に配置されていてよい。第一の方向と第二の方向とは異なっていてよい。第一の方向と第二の方向とは、実質的に垂直であってよい。第一の方向と第二の方向とは、３０°を超えていて９０°未満の角度で交わっていてもよい。
【００３８】
静電容量式タッチコントローラは、タッチパネルの第一又は第二の感知電極の自己静電容量を判定するように構成されていてよい。静電容量式タッチコントローラは、タッチパネルの第一と第二の感知電極の対の間の相互静電容量を決定するように構成されていてよい。静電容量式タッチコントローラは、第一及び第二の感知電極の自己静電容量を順次測定してよい。静電容量タッチは、第一及び第二の感知電極の自己静電容量を同時に測定してよい。静電容量式タッチコントローラは、第一及び第二の感知電極の各対の間の相互静電容量を順次測定してよい。各電極監視ポートは、１つの第二の入出力端子に接続している。静電容量式タッチコントローラは、圧電材料の層を含まない静電容量式タッチパネルでの使用に適したコントローラでありうる。
【００３９】
本発明の第二の実施形態によれば、前記デバイス又は前記装置又は前記タッチパネルシステムを含んだ携帯用電子デバイスが提供される。
【００４０】
本発明の第三の実施形態によれば、前記デバイス又は前記装置又は前記タッチパネルシステムと、圧力値及び／又は静電容量値を受け取るように構成された信号処理装置とを含んだ携帯用電子デバイスが提供される。信号処理装置は、圧力値及び／又は静電容量値の信号対雑音比を改善するように相関二重サンプリング法を用いるように構成されていてよい。
【００４１】
信号処理装置は、圧力値及び／又は静電容量値を画像データとして処理するように構成されていてよい。各圧力値及び／又は各静電容量値は、画像データの１つの画素値に対応していてよい。信号処理装置は、圧力値を圧力値画像として扱い、静電容量値を静電容量値画像として扱うように構成されていてよい。
【００４２】
タッチパネルは表示画面の上に重なっていてよい。タッチパネルは、表示画面に組み込まれていてよい。
【００４３】
本発明の第四の実施形態によれば、第一の周波数依存フィルタを使用して、複数の感知電極と１つの共通電極との間に配置された圧電材料の層を含んだ投影型静電容量式タッチパネルの感知電極と静電容量式タッチコントローラとの間の信号を、送信してフィルタリングすることを含んだ方法が提供される。この方法は、フィルタリングされた信号を生成するために、第二の周波数依存フィルタを使用して、投影型静電容量式タッチパネルの感知電極と増幅ステージ入力との間の信号をフィルタリングすることも含んでいる。この方法は、増幅された信号を生成するために、フィルタリングされた信号を増幅することも含んでいる。各第一の周波数依存フィルタは、静電容量式タッチコントローラからの信号を通過させるように構成されており、各第二の周波数依存フィルタは、静電容量式タッチコントローラからの信号を減衰させるように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
本発明の特定の実施形態を、添付の図面を参照して例として以下に説明する。
【図１】図１は、静電容量測定と圧力測定とを組み合わせて実行するデバイスとタッチセンサとを示した図である。
【図２】図２は、静電容量測定と圧力測定とを組み合わせて実行する第二のデバイスと第二のタッチセンサとを示した図である。
【図３】図３は、静電容量測定と圧力測定とを組み合わせて実行するデバイスとタッチパネルとを組み込んだ電子デバイスの概略ブロック図を示した図である。
【図４】図４は、静電容量測定と圧力測定とを組み合わせて実行する第一のタッチパネルの単純化された断面を示した図である。
【図５】図５は、静電容量測定と圧力測定とを組み合わせて実行する第一のタッチパネルシステムを示した図である。
【図６】図６は、静電容量測定と圧力測定とを組み合わせて実行する第二のタッチパネル用の感知電極のレイアウトを示した図である。
【図７】図７は、静電容量測定と圧力測定とを組み合わせて実行する第三のタッチパネル用の感知電極のレイアウトを示した図である。
【図８】図８は、静電容量測定と圧力測定とを組み合わせて実行するタッチパネルにおいて使用される、パターニングされた共通電極のレイアウトを示した図である。
【図９】図９は、補間を用いて、タッチパネルのユーザインタラクションの位置及び／又は圧力を推測することを示した図である。
【図１０】図１０は、差動増幅を使用する第一のタッチパネルシステムの一実施形態を示した図である。
【図１１】図１１は、図１０に示した差動信号分離ステージを実現する回路の一例を示した図である。
【図１２】図１２は、図１０に示した差動増幅ステージを実現する回路の一例を示した図である。
【図１３Ａ−１３Ｆ】図１３Ａ〜１３Ｆは、ユーザインタラクションが生じていないときの、感知電極の自己静電容量を測定することを示した図である。
【図１４Ａ−１４Ｉ】図１４Ａ〜１４Ｉは、ユーザインタラクションによって加えられた圧力を測定することと組み合わせて、感知電極の自己静電容量を測定することを示した図である。
【図１５】図１５は、第一のタッチパネルシステムを用いて一対の感知電極間の相互静電容量測定を実施することを示した図である。
【図１６Ａ−１６Ｆ】図１６Ａ〜１６Ｆは、ユーザインタラクションが生じていないときの、一対の感知電極間の相互静電容量を測定することを示した図である。
【図１７Ａ−１７Ｆ】図１７Ａ〜１７Ｆは、感知電極に近接した軽い（light）ユーザインタラクションがある場合に、一対の感知電極間の相互静電容量を測定することを示した図である。
【図１８Ａ−１８Ｆ】図１８Ａ〜１８Ｆは、感知電極に近接したユーザインタラクションによって加えられた圧力を測定することと組み合わせて、一対の感知電極間の相互静電容量を測定することを示した図である。
【図１９】図１９は、同じ数の分離ステージと増幅ステージとを用いて、図５に示した第一のタッチパネルシステムを実施することを示した図である。
【図２０】図２０は、同数でない数の分離ステージと増幅ステージとを用いて、図５に示した第一のタッチパネルシステムを実施することを示した図である。
【図２１】図２１は、単一の入力増幅を使用する第一のタッチパネルシステムの一実施形態を示した図である。
【図２２】図２２は、静電容量測定と圧力測定とを組み合わせて実行する第四のタッチパネルの簡略化された断面図を示した図である。
【図２３】図２３は、静電容量測定と圧力測定とを組み合わせて実行する第二のタッチパネルシステムを示した図である。
【図２４−３１】図２４〜３１は、静電容量測定と圧力測定とを組み合わせて実行するタッチパネルを提供するための、第一から第八のディスプレイ積層体の単純化された断面を示した図である。
【図３２−３９】図３２〜３９は、静電容量測定と圧力測定とを組み合わせて実行するタッチパネルを提供するための、第一から第八の埋め込み積層体の単純化された断面を示した図である。
【図４０】図４０は、静電容量感知と圧力感知とを組み合わせて実行する第五のタッチパネル用の電極配置の平面図である。
【図４１】図４１は、図４０に示したタッチパネルの断面図である。
【発明の詳細な説明】
【００４５】
以下の説明において、同様の部分には同様の参照符号を付した。
【００４６】
組み合わされた自己静電容量測定と圧力測定
図１は、静電容量測定と圧力測定とを組み合わせて実行するデバイス１とタッチセンサ４とを示した図である。
【００４７】
図１を参照すると、静電容量測定と圧力測定とを組み合わせて実行するデバイス１は、信号分離ステージ２と増幅ステージ３とを含んでいる。デバイス１は、タッチセンサ４と、静電容量式タッチコントローラ５と、圧力信号処理モジュール６とに接続されている。デバイス１は、一対の電極を使用してタッチセンサ４から静電容量と圧力とを同時に測定することを可能にする。
【００４８】
第一のタッチセンサ４は、第一の面８と、反対側の第二の面９と、第一の感知電極１０と、共通電極１１とを有する層構造７を含んでいる。層構造７は、少なくとも１つの圧電材料１２の層を含んだ１つ又は複数の層を含んでいる。層構造７に含まれている各層は、一般に平面であり、厚み方向ｚに対して垂直な第一の方向ｘ及び第二の方向ｙにおいて延在している。層構造７の１つ又は複数の層は、層構造７の各層の厚み方向ｚが第一の面８及び第二の面９に対して垂直になるように、第一の面８と第二の面９との間に配置されている。第一の感知電極１０は層構造７の第一の面８上に配置されており、共通電極１１は層構造７の第二の面９上に配置されている。
【００４９】
圧電材料は、圧電ポリマー、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などの適切なフルオロポリマーであるのが好ましい。しかしながら、圧電材料は、代わりに、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）のような圧電セラミックの層であってもよい。第一及び第二の電極は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）又はインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）であるのが好ましい。しかしながら、第一の電極及び第二の電極１０，１１は、ポリアニリン（polyaniline）、ポリチオフェン（polythiphene）、ポリピロール（polypyrrole）又はポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホン酸（poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate）（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）などの導電性ポリマーであってもよい。第一及び第二の電極１０，１１は、アルミニウム、銅、銀又は薄膜として堆積やパターニングに適した他の金属などの金属膜であってよい。第一及び第二の電極は、金属メッシュ；ナノワイヤ、選択的に銀ナノワイヤ；グラフェン；及びカーボンナノチューブから形成されていてもよい。
【００５０】
デバイス１は、タッチセンサ４に接続するための第一の入出力端子１３と、静電容量式タッチコントローラ５に接続するための第二の入出力端子１４とを含んでいる。信号分離ステージ２は、第一の、静電容量信号フィルタ１５を含んでいる。信号分離ステージ２は、静電容量信号フィルタ１５を介して第一の入出力端子１３を第二の入出力端子１４に接続している。静電容量信号フィルタ１５は、第二の入出力端子１４と第一の入出力端子１３との間の信号をフィルタリングする。信号分離ステージ２はまた、増幅ステージ３を第一の入出力端子１３に接続している。第一の入出力端子１３と増幅ステージ３との間の信号は、静電容量信号フィルタ１５によってはフィルタリングされない。
【００５１】
増幅ステージ３は、信号分離ステージ２を介して第一の入出力端子１３に接続されている。この増幅ステージ３は、第二の、圧力信号フィルタ１６と増幅器１７とを含んでいる。この圧力信号フィルタ１６は、タッチセンサ信号１８を受け取り、これをフィルタリングして圧力信号１９を生成する。増幅器１７は、圧力信号１９を受け取り、これを増幅して増幅された信号（amplified signal）２０を出力する。増幅器１７は、追加の周波数依存フィルタを提供してもよい。増幅器１７が差動増幅器である場合、増幅器１７は追加の入力を受け取ってもよい（図１０）。増幅器１７は、例えば、電荷増幅器などの仮想接地増幅器であるのが好ましい。
【００５２】
あるいは、圧力信号フィルタ１６は、例えば演算増幅器や抵抗−静電容量帰還回路網のような増幅器１７を備えた単一のユニットとして組み込まれていてもよい。この場合、増幅器１７はタッチセンサ信号１８を直接受け取り、増幅された信号２０はタッチセンサ信号１８に基づいている。
【００５３】
あるいは、圧力信号フィルタ１６は、増幅ステージ３の代わりに信号分離ステージ２内に含まれていてもよい。圧力信号フィルタ１６が信号分離ステージ２に含まれる場合、圧力信号フィルタ１６は、第一の入出力端子１３と増幅ステージ３との間の信号をフィルタリングする。第一の入出力端子１３と第二の入出力端子１４との間の信号は、圧力信号フィルタ１６によってはフィルタリングされない。
【００５４】
圧力信号フィルタ１６及び／又は増幅器１７は、圧電材料１２の層の焦電応答を排除するように構成された低周波数カットオフを有していてよい。低周波数カットオフは、１Ｈｚ〜７Ｈｚの値を取りうる。圧力信号フィルタ１６及び／又は増幅器１７は、主電源分配周波数、例えば５０Ｈｚ又は６０Ｈｚを排除するように構成されたノッチフィルタを含んでいてよい。あるいは、主電源ノッチフィルタは、圧力信号フィルタ１６及び／又は増幅器１７の前又は後に配置された別個のフィルタステージ（図示せず）であってもよい。
【００５５】
静電容量式タッチコントローラ５は、一般に、電極の自己静電容量を測定することのできる従来の静電容量式タッチコントローラである。例えば、静電容量式タッチコントローラは、Ａｔｍｅｌ（登録商標）ＭＸＴ２２４タッチコントローラのような市販のタッチコントローラであってよい。静電容量式タッチコントローラ５は、信号分離ステージ２を介して感知電極１０を駆動する静電容量測定信号２１を出力する。静電容量信号フィルタ１５は、静電容量式タッチコントローラ５によって生成された静電容量測定信号２１を減衰させることなく、又は減衰を最小限にして通過させる周波数応答を有している。静電容量式タッチコントローラ５は、タッチセンサ４の共通電極１１にも接続されており、共通電極１１にバイアス信号２２を出力する。感知電極１０の自己静電容量の測定中、バイアス信号２２は、感知電極１０と共通電極１１との間の相互静電容量の影響を除去するために、静電容量測定信号２１と実質的に同じである。感知電極１０の自己静電容量、すなわち感知電極１０と接地との間の静電容量は、内部電荷増幅器（図示せず）を用いて静電容量式タッチコントローラ５によって判定される。このようにして、静電容量式タッチコントローラ５は、静電容量測定信号２１に応じて静電容量値を算出し、静電容量値２３を含んだ出力を供給する。
【００５６】
感知電極１０の自己静電容量を測定するための具体的な方法と、静電容量測定信号２１及びバイアス信号２２の特定の波形は、使用される特定の静電容量式タッチコントローラ５に依存する。しかしながら、いかなる静電容量式タッチコントローラ５も、特定の静電容量式タッチコントローラ５によって生成された静電容量測定信号２１を通過させるように静電容量信号フィルタ１５の帯域幅を調整することによって、デバイス１と共に使用することができる。
【００５７】
タッチセンサ信号１８は、タッチセンサ４とのユーザインタラクションに対する応答としての静電容量測定信号２１や、圧電材料１２の層から圧電応答を生成する、タッチセンサ４に重なった材料の層とのユーザインタラクションに対する応答としての静電容量測定信号２１とは異なる場合がある。ユーザインタラクション（user interaction）とは、ユーザがタッチセンサ４又はタッチパネル３６（図５）又はそれらの上に重なる材料の層、例えばカバーレンズ４６（図２４）に触れているか又は押下していることを指す。ユーザインタラクションは、ユーザの指先又はスタイラス（導電性か否かに関わらず）を伴う場合がある。タッチインタラクションは、直接的で物理的な接触なしに、又は著しい圧力をかけることなく、タッチセンサ４又はタッチパネル３６（図５）に近接したユーザの指先又は導電性スタイラスを含む場合がある。押下げインタラクションは、圧電材料１２の層の歪みや圧電応答の生成を引き起こすのに十分な力で、ユーザがタッチセンサ４又はタッチパネル３６（図５）を押すことを伴う。
【００５８】
圧電材料１２の層は、十分な力を加えるユーザインタラクションによって引き起こされる歪みに応じて、圧電材料１２の層が分極Ｐで分極されるように分極されている。圧電材料の層の分極Ｐは、共通電極１１と感知電極１０との間に対応する電荷Ｑｐｉｅｚｏ（ｔ）を発生させる。圧電材料１２の層は、共通電極１１と感知電極１０との間に発生した電荷Ｑｐｉｅｚｏ（ｔ）が、ユーザインタラクションに近接した位置で検出可能な応答を生成するのに十分であるように配置され、分極されるべきである。分極Ｐを生成する歪みは、圧縮又は張力から生じうる。分極Ｐを生成する歪みは、圧電材料層１２の面内の伸張でありうる。圧電材料１２の層と電極１０，１１との密接な接触は必要とされていない。一般に、より強力なユーザインタラクションによって生じる圧電材料１２の層のより大きな歪みは、より大きな分極Ｐと、それに応じて、電極１０，１１間に生成されるより大きな電荷の差ΔＱｐｉｅｚｏをもたらす。
【００５９】
このようにして、タッチセンサ信号１８は、静電容量測定信号２１と、電荷Ｑｐｉｅｚｏ（ｔ）に関連する電流である圧電応答Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）との重ね合わせにほぼ等しい。圧電応答Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）は、ユーザインタラクションへの応答として生成される電荷Ｑｐｉｅｚｏを決定するために積分され、そして増幅されうる。静電容量信号フィルタ１５が静電容量測定信号２１を通過させるように構成されているため、静電容量式タッチコントローラ５は、タッチセンサ４と通信し、デバイス１からの干渉がないか又は干渉が最小である感知電極１０の自己静電容量と、圧電材料１２の層の圧電応答Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）とを測定しうる。このようにして、従来の投影型静電容量式タッチパネルと共に使用するのに適した静電容量式タッチコントローラ５をデバイス１と共に使用することができる。圧力信号フィルタ１６は、静電容量測定信号２１を排除するか又は少なくとも減衰させるように構成されている。このようにして、増幅された信号２０は、圧電材料１２の層を歪ませることによって生成された圧電応答Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）に基づいていてよい。
【００６０】
圧電応答Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）のユーザインタラクションに対する周波数帯域幅が典型的には静電容量測定信号２１の周波数帯域幅より著しく低い周波数帯域幅に及ぶため、静電容量測定信号２１と圧力信号１９とを分離することは可能である。静電容量測定信号２１は、典型的には、１０ｋＨｚ以上、２０ｋＨｚ以上、５０ｋＨｚ以上、１００ｋＨｚ以上、又は最大５００ｋＨｚの基本周波数ｆｄを有するように選択されうる。静電容量測定信号２１は、例えば、ステップ状、正方形又は三角形の波形などの複数の周波数成分を含んでいる場合があり、又は狭い周波数帯域で、あるいは正弦波信号などの単一の周波数信号ですら供給される場合がある。
【００６１】
対照的に、圧電応答Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）は、典型的には数Ｈｚから数百又は数千Ｈｚの範囲にわたる広帯域周波数成分を含んでいる。例えば、圧電応答Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）は、１Ｈｚと１ｋＨｚとの間の周波数成分を含みうる。これは主に、圧電応答Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）が人間のユーザによるユーザインタラクションから生じるためであり、また部分的には圧電応答Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）の時定数が以下に説明するように影響を受ける可能性があるためである。
【００６２】
このように、静電容量信号フィルタ１５は、比較的高い周波数成分を有する静電容量測定信号２１を通過させるように構成されうるし、圧力信号フィルタ１６は、圧力信号１９が実質的に比較的低い周波数の圧電応答Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）に基づくように構成されうる。例えば、静電容量信号フィルタ１５を高域通過フィルタとし、圧力信号フィルタ１６を低域通過フィルタとしてもよい。このようにして、増幅された信号２０の振幅は、ユーザインタラクションによって圧電材料１２の層に加えられる圧力に基づいている。圧力信号処理モジュール６は、増幅された信号２０を受け取り、圧力値２４を判定し、この圧力値２４を出力として供給する。圧力信号処理モジュール６は、例えば事前に較正された実証的関係を用いて、又は予め較正されたルックアップテーブルの補間によって、所与の増幅された信号２０に対応する圧力値２４を判定しうる。
【００６３】
圧力信号処理モジュール６は、必ずしも別個のモジュールである必要はなく、代わりにデバイス１に組み込まれていてもよい。
【００６４】
実際には、圧力信号１９は圧電応答Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）と同一ではなく、静電容量測定信号２１の減衰された高周波成分を含んでいる場合がある。このような減衰された高周波成分は、例えば圧力信号処理モジュール６における、又は電子デバイス３５（図３）の処理装置３７（図３）における、その後に行われる増幅された信号２０のデジタル信号処理によって補償／除去されうる。
【００６５】
このようにして、圧力と静電容量の測定は、別々の圧力電極や静電容量電極を必要とせずに、タッチセンサ４を使用して実行されうる。タッチセンサ４からは、圧力と静電容量の両方の情報を含んだ単一の信号１８が抽出される。さらに、デバイス１は、既存の投影型静電容量式タッチパネルや静電容量式タッチコントローラ５に容易に組み込むことができるように、圧力信号及び静電容量信号１９，２１の分離と増幅とを可能にする。
【００６６】
静電容量信号フィルタ及び圧力信号フィルタ１５，１６は、必ずしもそれぞれが高域通過フィルタ及び低域通過フィルタである必要はない。代わりに、静電容量信号フィルタ１５は、静電容量測定信号２１を包含する通過帯域を有する帯域通過フィルタであってよく、圧力信号フィルタ１６は、基準周波数ｆｄ以下のカットオフ周波数を有する低域通過フィルタであってよい。あるいは、静電容量信号フィルタ１５は、静電容量測定信号２１を包含する通過帯域を有する帯域通過フィルタであってよく、圧力信号フィルタ１６は、静電容量測定信号２１全体を阻止する帯域を有する帯域阻止フィルタであってよい。帯域通過フィルタ又は帯域阻止フィルタは、静電容量測定信号２１が狭い周波数帯域幅を有する場合はノッチフィルタであってよく、静電容量測定信号２１の電力が主に基準周波数ｆｄ及び高調波である場合はくし形フィルタであってよい。フィルタ１５，１６は受動的であっても能動的であってもよく、例えば、静電容量信号フィルタ１５は単に静電容量であってよく、又は、圧力信号フィルタ１６は増幅器１７を構成する演算増幅器の抵抗静電容量帰還回路網によって提供されてもよい。あるいは、より複雑な受動フィルタ、例えばバターワースフィルタ、チェビシェフフィルタ、ガウシアンフィルタ又はベッセルフィルタが用いられてもよい。
【００６７】
タッチセンサ４の層構造７は、圧電材料１２の層のみを含んでいてよく、それぞれ反対を向いた第一の面８及び第二の面９が圧電材料層１２の面となる。あるいは、層構造７は、圧電材料１２の層と層構造７の第一の面８との間に積み重ねられた１つ又は複数の誘電体層を含んでいてもよい。層構造７は、層構造７の第二の面９と圧電材料１２の層との間に積み重ねられた１つ又は複数の誘電体層を含んでいてよい。１つ又は複数の誘電体層は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のようなポリマー誘電体材料の層か、又は感圧接着剤（ＰＳＡ）材料の層を含んでいるのが好ましい。しかしながら、１つ又は複数の誘電体層は、酸化アルミニウムのようなセラミック絶縁材料の層を含んでいてもよい。
【００６８】
図１では、層構造７の第一及び第二の面８，９の層が、ｘ及びｙとラベル付けされた直交軸に沿って延在して示されており、層構造７の各層の厚み方向は、ｘ軸とｙ軸とに直交するｚとラベル付けされた軸に沿っている。しかしながら、第一の方向ｘと第二の方向ｙと厚み方向ｚとは、必ずしも図示のように右手系の直交系を形成している必要はない。例えば、第一の方向ｘと第二の方向ｙとは、３０°あるいは４５°の角度、又は０°より大きく９０°未満の任意の他の角度で交差していてもよい。
【００６９】
デバイス１は、例えば、信号分離ステージ２と、タッチパネル（図５）に含まれる各タッチセンサ４の感知電極１０に対応する第一及び第二の入出力端子１３，１４とを設けることにより、複数のタッチセンサ４の要素を含んだタッチパネル３６（図５）と協働するように構成されうる。複数のタッチセンサ４に適用されるとき、デバイス１は、各タッチセンサ４（すなわち各感知電極１０）の信号分離ステージ２を含んでおり、静電容量式タッチコントローラ５は、各感知電極１０の静電容量を個別に測定しうる。このデバイスは、各信号分離ステージ２に対応する別個の増幅ステージ３を含んでいてよい。
【００７０】
あるいは、増幅ステージ３の数は、信号分離ステージ２の数よりも少なくてもよい。例えば、圧力値２４の分解能が静電容量値２３の分解能に等しいことが要求されないタッチパネルの場合は、各増幅ステージ３は、２つ又はそれ以上の信号分離ステージ２（図２０）に接続されていてよい。２つ又はそれ以上の信号分離ステージ２は、増幅ステージ３に単に並列に接続されるだけの場合があるが、複数の信号分離ステージ２は、対応する２つ又はそれ以上の感知電極１０を駆動する静電容量測定信号２１間の混信を最小にするために、抵抗ネットワーク２７（図２、図５、図２２）を介して単一の増幅ステージ３に接続されるのが好ましい。
【００７１】
組み合わされた自己静電容量測定と相互静電容量測定と圧力測定
図２は、静電容量測定と圧力測定を組み合わせて実行する第二のデバイス２５と第二のタッチセンサ２６とを示した図である。
【００７２】
図２も参照すると、圧力測定と静電容量測定とを組み合わせて実行する第二のデバイス２５は、この第二のデバイスが２つの信号分離ステージ２と、２つの第一の入出力端子１３と、２つの第二の入出力端子１４と、抵抗ネットワーク２７とを含んでいる点を除けば、デバイス１と同じである。１つの増幅ステージ３は、抵抗ネットワーク２７を介して両方の信号分離回路２に接続されている。
【００７３】
第二のタッチセンサ２６は、この第二のタッチセンサ２６が第三の面２９と第四の反対を向いた面３０と、第二の感知電極３１とを有する第二の層構造２８も含んでいる点を除けば、第一のタッチセンサ４と同様である。第二の層構造２８は、１つ又は複数の誘電体層３２を含んでいる。各誘電体層３２は、一般に平面であり、厚み方向ｚに垂直な第一及び第二の方向ｘ，ｙにおいて延在している。第二の層構造２８の１つ又は複数の誘電体層３２は、この第二の層構造２８の各誘電体層３２の厚み方向ｚが第三の面２９と第四の面３０とに垂直であるように、第三の面２９と第四の面３０との間に配置されている。第二の感知電極３１は、第二の層構造２８の第三の面２９上に配置されており、第二層構造２８の第四の面３０は、第一の感知電極１０に接触している。
【００７４】
誘電体層３２は、ＰＥＴなどのポリマー誘電体材料の層又はＰＳＡ材料の層を含んでいるのが好ましい。しかしながら、誘電体層３２は、酸化アルミニウムのようなセラミック絶縁材料の層を含んでいてもよい。第二の感知電極３１は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）又はインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）からなるのが好ましい。しかしながら、第二の感知電極３１は、ポリアニリン（polyaniline）、ポリチオフェン（polythiphene）、ポリピロール（polypyrrole）又はポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホン酸（poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate）（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）のような導電性高分子からなっていてもよい。第二の感知電極３１は、アルミニウム、銅、銀などの金属メッシュ膜、又は薄膜としての堆積やパターニングに適した他の金属であってもよい。
【００７５】
第一及び第二の感知電極１０，３１は、それぞれの信号分離ステージ２を介して静電容量式タッチコントローラ５の対応するポートに接続されている。第一の感知電極１０が圧電材料層１２と第二の感知電極３１との間の電磁気的相互作用を完全に遮断しない場合、共通電極１１と第二の感知電極３１との間に圧電応答Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）が発生する場合がある。
【００７６】
このようにして、静電容量式タッチコントローラ５は、第一の感知電極１０と第二の感知電極３１との自己静電容量を別々に測定すると同時に、第二のタッチセンサ２６から圧力値２４を測定しうる。さらに、静電容量式タッチコントローラ５は、例えば静電容量駆動信号３３の形態をした静電容量測定信号２１を用いて第一の感知電極１０を駆動することと、第二の感知電極３１内に誘起された静電容量感知信号３４の形態をした対応する静電容量測定信号２１を受信すること、又はその逆によって、第一の感知電極１０と第二の感知電極３１との間の相互静電容量を測定することもできる。各信号分離ステージ２の静電容量信号フィルタ１５は、静電容量駆動信号／静電容量感知信号３３，３４の形態をした静電容量測定信号２１を通過させるように構成されている。第一の感知電極１０と第二の感知電極３１との間の相互静電容量の測定は、自己静電容量測定と比較して、電磁干渉に対してより堅牢でありうる。相互静電容量測定のために、バイアス信号２２は、固定されたＤＣ電圧又はグランド（０Ｖ）でありうる。
【００７７】
第一及び第二の感知電極１０，３１は、必ずしも単一の増幅ステージ３を共有する必要はなく、それぞれの信号分離ステージ２は、第一のデバイス１におけるのと同様に、対応する増幅ステージ３にそれぞれ接続されていてよい。
【００７８】
第二のデバイス２５は、複数の第二のタッチセンサ２６を含んだタッチパネルでの使用に容易に適用されうる。タッチパネル３６（図５）において、同一の広がりを有する第一及び第二の感知電極１０，３１を用いる代わりに、第一の感知電極１０は第一の方向ｘにおいて延在していてよく、第二の感知電極３１は第二の方向ｙにおいて延在していてよく、それによって各交点が第二のタッチセンサ２６を提供するグリッドが形成される。そのような構成において、２つあるいはそれ以上の第一の感知電極１０に対応する分離ステージ２は単一の増幅ステージ３に接続されていてよく、又は、２つもしくはそれ以上の第二の感知電極３１に対応する分離ステージ２は単一の増幅ステージ３に接続されていてよい。しかしながら一般に、第一及び第二の感知電極１０，３１が混在したものに対応する分離ステージ２は、すべての第一及び第二の感知電極１０，３１が単一の増幅ステージ３に接続されていてタッチパネル３６（図５）に対して単一の全体的な圧力値２４を提供する場合を除いて、同じ増幅ステージ３に接続されるべきではない。
【００７９】
第二の層構造２８は、反対を向いた第三の面２９と第四の面３０とが単一の誘電体層３２の面となるような単一の誘電体層３２を含んでいてよい。あるいは、必ずしも第二の層構造２８を使用する必要はなく、第二の感知電極３１を第一の感知電極１０（図７）と共に第一の面８上に配置することもできる。図２において、第二の層構造２８の第三の面２９と第四の面３０と誘電体層３２とは、ｘ及びｙとラベル付けされた直交軸に沿って延在して示されており、第二の層構造２８の各誘電体層３２の厚み方向は、ｘ軸とｙ軸とに直交するｚとラベル付けされた軸に沿っている。しかし、第一の方向ｘと第二の方向ｙと厚さ方向ｚとは、必ずしも図示のように右手系の直交系を形成している必要はない。
【００８０】
圧力信号処理モジュール６は、必ずしも別個のモジュールである必要はなく、代わりに、デバイス２５に組み込まれていてもよい。
【００８１】
電子デバイス
図３は、圧力測定と静電容量測定とを組み合わせて実行するデバイス１，２５と、１つ又は複数のタッチセンサ４，２６を含んだタッチパネル３６とを組み込んだ電子デバイスの概略ブロック図を示した図である。
【００８２】
図３も参照すると、電子デバイス３５は、タッチパネル３６と、静電容量式タッチコントローラ５と、圧力信号処理モジュール６と、静電容量測定と圧力測定とを組み合わせて実行するデバイス１，２５とを含んでいてよい。
【００８３】
電子デバイス３５は、例えば、デスクトップコンピュータ、現金自動預け払い機（ＡＴＭ）、自動販売機、販売時点管理装置、又は公衆アクセス情報端末などの比較的不動の電子デバイスでありうる。あるいは、電子デバイス３５は、ラップトップコンピュータ、ノートブックコンピュータ又はタブレットコンピュータ、携帯電話機、スマートフォン、携帯情報端末（PDA）、音楽再生デバイス、又は自動車のような車両といった携帯用電子デバイスでありうる。前述のリストは網羅的ではない。電子デバイス３５は、１つ又は複数のタッチセンサ４，２６を含んだタッチパネル３６を含んでいる。タッチパネル３６は、例えば、第一又は第二のデバイス１，２５などの、圧力測定と静電容量測定とを組み合わせて実行するデバイスに接続されている。
【００８４】
電子デバイス３５は、プログラムを実行して情報を処理するための処理装置３７を含んでいてよい。電子デバイス３５は、プログラムや情報を一時的に格納するための揮発性ランダムアクセスメモリなどのメモリ３８及び／又はプログラムや情報を長期的に保存するための不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）あるいはハードディスクドライブ（ＨＤＤ）のようなストレージ３９を含んでいてよい。電子デバイス３５は、有線又は無線の通信ネットワーク（図示せず）から情報を送信及び／又は受信するためのネットワークインタフェース４０を含んでいてよい。電子デバイス３５は、リムーバブルストレージ（図示せず）と相互作用してプログラムや情報を読み出し、及び／又は書き込むことのできる、リムーバブルストレージインタフェース４１を含んでいてよい。電子デバイス３５は、例えばディスプレイ４２及び／又はスピーカ４３などの出力手段を含んでいてよい。ディスプレイ４２は、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、発光ダイオードディスプレイ（ＬＥＤ）、有機ＬＥＤディスプレイ（an organic LED display）、電気泳動ディスプレイ又は他のタイプの電子インクディスプレイのような任意のタイプのディスプレイであってよい。
【００８５】
静電容量式タッチコントローラ５は、タッチパネル３６とのユーザインタラクションに対応する入力情報を電子デバイス３５に供給する。例えば、入力情報は、１つ又は複数のユーザインタラクションの位置である場合がある。あるいは、静電容量式タッチコントローラ５は、静電容量値２３を処理装置３７に供給する場合があり、この処理装置３７は、タッチパネルとの１つ又は複数のユーザインタラクションの位置を判定しうる。同様に、圧力信号処理モジュール６は、入力情報を圧力値２４の形態で電子デバイス３５に供給する。複数の増幅ステージ３がデバイス１，２５に含まれる場合、圧力信号処理モジュール６はまた、ユーザインタラクションの位置を供給しうる。圧力信号処理モジュール６は、必ずしも別個のモジュールである必要はなく、代わりに、デバイス１，２５内に組み込まれていてもよい。あるいは、デバイス１，２５は、増幅された信号２０を処理装置３７に直接供給し、この処理装置３７は、圧力値２４を決定しうる。
【００８６】
電子デバイスは、マイクロフォン４４などの他の入力手段、及び／又は例えばキーボード、キーパッド、マウス又はトラックボールなどの他の入力デバイス４５を含んでいてよい。タッチパネル３６が複数のタッチセンサ４，２６を有する場合、静電容量式タッチコントローラ５及び／又は圧力信号処理モジュール６は、タッチパネル３６との１つ又は複数の同時のユーザインタラクションに対応する座標及び／又は圧力の形で位置情報を供給しうる。
【００８７】
タッチパネル３６は、ディスプレイ４２の上に重ねて設けられていてよい。あるいは、タッチパネル３６のタッチセンサ４，２６は、ディスプレイ４２内に組み込まれているか、又はディスプレイ４２内に埋め込まれていてもよい。タッチパネル３６がディスプレイ４２の上に重ねられているか、又はディスプレイ４２に組み込まれていて使用される場合、層構造７，２８及び電極１０，１１，３１は、透明か又は実質的に透明であってよい。例えば、層構造７，２８及び電極１０，１１，３１は、可視波長において５０％以上、好ましくは少なくとも７５％、又は好ましくは少なくとも９０％の光を透過してよい。例えば、圧電材料は、ＰＶＤＦなどの適切なフルオロポリマーであってよく、層構造７，２８に含まれる誘電体層は、ＰＥＴ又は光学的に透明なＰＳＡであってよく、電極１０，１１，３１はＩＴＯであってよい。あるいは、電極１０，１１，３１及びそれらの任意の接続部は、不透明であって、肉眼では直接認識することのできないほど厚み方向ｚに対して垂直な方向において十分に薄く、例えば、電極１０，１１，３１及びそれらの任意の接続部は、１００マイクロメートル（１×１０−４ｍ）未満の幅か、１０マイクロメートル（１×１０−５ｍ）未満の幅か、又はそれより薄いものであってよい。
【００８８】
第一のタッチパネルシステム
図４は、第一のタッチパネル３６の簡略化された断面を示した図である。
【００８９】
図１，２及び４を参照すると、第一のタッチパネル３６は、第一のタッチパネル３６において、層構造７が、この層構造７の第一の面８上に配置された複数の第一の感知電極１０によって共有され、第二の層構造２８が、この第二の層構造２８の第三の面２９上に配置された複数の第二の感知電極３１によって共有される点を除けば、第二のタッチセンサ２６の層構造７，２８と概ね同じである層構造７，２８を含んでいる。第一の感知電極１０は、それぞれ第一の方向ｘにおいて延在しており、この第一の感知電極１０は、第二の方向ｙにおいて等間隔でアレイ状に（in an array）配置されている。第二の感知電極３１は、それぞれ第二の方向ｙにおいて延在しており、この第二の感知電極３１は、第一の方向ｘにおいて等間隔でアレイ状に配置されている。共通電極１１は、第二の面９上に配置されていて、少なくとも部分的に第一及び第二の感知電極１０，３１のそれぞれの下になるように延在している。共通電極１１は、層構造７の第二の面９と実質的に同一の広がりを有していてよい。このようにして、第一の感知電極１０と第二の感知電極３１との各交差部は、事実上、第二のタッチセンサ２６を提供する。
【００９０】
第一のタッチパネル３６は、電子デバイス３５（図３）のディスプレイ４２（図３）に重ねて接着されてよく、カバーレンズ４６（図２４）は、最も外側の電極、例えば第二の感知電極３１を保護するために、第一のタッチパネル３６に重ねて接着されてよい。
【００９１】
図５は、静電容量測定と圧力測定とを組み合わせて実行する第一のタッチパネルシステム４７を示した図である。
【００９２】
図５も参照すると、第一のタッチパネルシステム４７は、第一のタッチパネル３６と、静電容量測定と圧力測定とを組み合わせて実行する第三のデバイス４８と、静電容量式タッチコントローラ５と、圧力信号処理モジュール６とを含んでいる。
【００９３】
第三のデバイス４８は、信号分離ステージ２と、各感知電極１０，３１に対応する第一及び第二の入出力端子１３，１４とを含む点を除けば、第一及び第二のデバイス１，２５と同じである。第三のデバイス４８は、Ｎ個の信号分離ステージ２を含んだ信号分離部４９を含んでおり、ここでＮは、第一及び第二の感知電極１０，３１の総数である。第三のデバイス４８は、Ｎ個の第一の入出力端子１３を含んでおり、各第一の入出力端子１３は、導電トレース５０を介して、対応する第一又は第二の感知電極１０，３１に接続されている。第三のデバイス４８は、Ｎ個の第二の入出力端子１４を含んでおり、各第二の入出力端子は、静電容量式タッチコントローラの対応する端子／ポートに接続されている。このようにして、各分離ステージ２は、１つの感知電極１０，３１を、静電容量信号フィルタ１５（図１）を介して、静電容量式タッチコントローラ５の対応する端子に接続している。
【００９４】
第三のデバイス４８は、第二の数であるＭ個の増幅ステージ３を含んだ増幅部５１を含んでいる。増幅ステージ３の数Ｍは、感知電極１０，３１と信号分離ステージ２とを合計した数Ｎと１との間、すなわち１≦Ｍ≦Ｎである。増幅ステージ３は、抵抗ネットワーク２７を介して分離ステージ２に接続されている。抵抗ネットワーク２７は、各増幅ステージ３の入力がそれぞれの信号分離ステージ２を介して１つ又は複数の感知電極１０，３１に接続されるように、Ｍ個の増幅ステージ３をＮ個の信号分離ステージにマッピングする。
【００９５】
増幅ステージ３の数Ｍは、各増幅ステージ３が対応する１つの信号分離ステージ２に接続されるように、感知電極１０，３１の数と等しくてもよい。増幅ステージ３の数Ｍが感知電極１０，３１の数Ｎより小さい場合、数Ｍと数Ｎとは整数倍、例えばＮ＝２×Ｍ、Ｎ＝３×Ｍ、Ｎ＝４×Ｍという関係になっているのが好ましく、また各増幅ステージ３は、互いに増幅ステージ３と同数の信号分離ステージ２に接続されていることが好ましい。増幅ステージ３は、抵抗ネットワーク２７及びそれぞれの信号分離ステージ２を介して、同じタイプの感知電極１０，３１に、例えば１つ又は複数の第一の感知電極１０に、又は１つ若しくは複数の第二の感知電極３１に接続されているのが好ましい。例外は、増幅セクション５１が単一の増幅ステージ３を含んでいる場合である。この場合、抵抗ネットワーク２７は、Ｎ個の信号分離ステージ２のすべてに増幅ステージ３入力を接続して、タッチパネル３６からの単一の全体的な圧力値の測定を可能にする。
【００９６】
各増幅ステージ３は、対応する増幅された信号２０を圧力信号処理モジュール６に出力し、この圧力信号処理モジュール６は圧力値２４を決定して電子デバイス３５（図３）の処理装置３７（図３）に出力する。あるいは、圧力信号処理モジュール６は、単一のユニットとして第三のデバイス４８に組み込まれていてもよい。
【００９７】
静電容量式タッチコントローラ５は、各感知電極１０，３１と個別に接続されている。このようにして、静電容量式タッチコントローラ５は、任意の感知電極１０，３１、又は１つの第一の感知電極１０と１つの第二の感知電極３１とを含んだ任意の対を個々に指定しうる。静電容量式タッチコントローラ５の共通出力は、共通電極１１に接続されており、バイアス信号２２を共通電極１１に供給する。信号分離ステージ２を介した接続は、静電容量駆動信号／静電容量感知信号３３，３４を含んだ静電容量測定信号２１が、減衰なしに、又は減衰を最小にして静電容量信号フィルタ１５を通過することを可能にする。感知電極１０，３１の自己静電容量、又は第一の感知電極１０と第二の感知電極３１との任意の対の間の相互静電容量は、公知の方法と、静電容量値２３及び／又は電子デバイス３５（図３）の処理装置３７（図３）に供給されるユーザインタラクションの位置とに従って、静電容量式タッチコントローラ５によって測定されうる。
【００９８】
このようにして、第一のタッチパネルシステム４７は、タッチパネルからの圧力測定を、外乱なしに、又は外乱を最小限にして、同じセットの感知電極１０，３１を使用して行われた投影型静電容量測定と同時に行うことを可能にする。このように、使用される感知電極の数は、純粋な投影型静電容量式タッチパネルと比較して増加せず、混信及び／又は製造の複雑さを増大させかねない追加の電極や導電トレース５０を加える必要もない。
【００９９】
選択的には、増幅ステージ３の増幅器１７が差動増幅器である場合に、各信号分離ステージ２を共通端子５２に追加的に接続して差動測定のための基準経路を供給させることもできる（図１０〜１３）。共通端子５２は、バイアス信号２２を受け取るために、第一のタッチパネル３６の共通電極１１と静電容量式タッチパネル５の共通出力とに接続されている。
【０１００】
デバイス１，２５，４８は、別個のモジュール、例えば、プリント回路基板又は類似の基板へ取り付けるための物理的端子として、第一及び第二の入出力端子１３，１４及び共通端子５２とを備えた、パッケージ化された集積回路として用意されるのが好ましい。圧力信号処理モジュール６は、別個の要素として提供されてよく、又は装置４８を備えた単一のパッケージに組み込まれていてもよい。あるいは、圧力信号処理モジュール６は、電子デバイス３５（図３）の処理装置３７（図３）におけるデジタル信号処理によって提供されてもよい。デバイス１，２５，４８は、必ずしもパッケージ化された集積回路として提供される必要はなく、剛性の、又は可撓性であってよい小型のフォームファクタのプリント回路基板として提供されてもよい。
【０１０１】
タッチパネル３６及びデバイス１，２５，４８の利点は、既存のハードウェア及びソフトウェアの改変を最小限に抑えつつ、従来の静電容量式タッチコントローラ５を使用して、静電容量測定と圧力測定とを組み合わせて実行することを可能にする点にある。しかしながら、第一のタッチパネルシステム４７は、必ずしも別個の静電容量式タッチコントローラ５を使用して実装される必要はない。代わりに、デバイス１，２５，４８や静電容量式タッチコントローラ５や圧力信号処理モジュール６は、第一のタッチパネル３６に接続するための単一のモジュールに組み合わされて、圧力測定と静電容量測定とを組み合わせて実行する単一のパッケージソリューションを提供するようになっていてもよい。
【０１０２】
デバイス１，２５，４８に接続された別個の静電容量式タッチコントローラ５は、感知電極１０，３１の数Ｎに等しい数の静電容量測定出力を有しているのが好ましい。しかしながら、静電容量式タッチコントローラ５を、マルチプレクサを介してＮ個の第二の入出力端子１４に接続することにより、Ｎ個以下の静電容量測定出力を有する静電容量式タッチコントローラ５をデバイス１，２５，４８と共に使用することができる。
【０１０３】
第一及び第二の感知電極１０，３１は実質的に長方形であるとして示されているが、他の形状を使用することもできる。
【０１０４】
第二のタッチパネル
図６は、第二のタッチパネル５３用の第一及び第二の感知電極１，３１のレイアウトを示した図である。
【０１０５】
図６も参照すると、第二のタッチパネル５３は、第一の感知電極１０と第二の感知電極３１とが異なる形状であることを除けば、第一のタッチパネル３６と同じである。
【０１０６】
各第一の感知電極１０は、長方形である代わりに、第一の方向ｘにおいて等間隔に配置されていて、相対的に細いブリッジセグメント５５によって第一の方向ｘにおいて互いに接続された、いくつかのパッドセグメント５４を含んでいてもよい。同様に、各第二の感知電極３１は、第二の方向ｙにおいて等間隔で配置されていて、相対的に細いブリッジセグメント５７によって第二の方向ｙにおいて互いに接続された、いくつかのパッドセグメント５６を含んでいてもよい。第一及び第二の感知電極１０，３１のパッドセグメント５４，５６は、第一の幅Ｗ１を有するひし形の形状であり、第一及び第二の感知電極１０，３１のブリッジセグメント５５，５７は、第二の幅Ｗ２を有している。
【０１０７】
第一及び第二の感知電極１０，３１は、第二の感知電極３１のブリッジセグメント５７が第一の感知電極１０のブリッジセグメント５５の上に重なるように配置されている。あるいは、第一及び第二の感知電極１０，３１は、第二の感知電極３１のパッドセグメント５６が第一の感知電極１０のパッドセグメント５４の上に重なるように配置されてもよい。パッドセグメント５４，５６は必ずしもひし形の形状である必要はなく、代わりに円形であってもよい。パッドセグメント５４，５４は、三角形、正方形、五角形又は六角形のような正多角形であってもよい。パッドセグメント５４，５６は、Ｉ字形状又はＺ字形状であってもよい。パッドセグメント５４，５６は、異なる領域を有していてもよい。
【０１０８】
第三のタッチパネル
図７は、第三のタッチパネル５８のための第一及び第二の感知電極１，３１のレイアウトを示した図である。
【０１０９】
図７も参照すると、第三のタッチパネル５８は、第三のタッチパネル５８が第二の層構造２８を含まず、かつ第二の感知電極３１が実質的に第一の感知電極１０と共に層構造７の第一の面８上に配置されている点を除けば、第一及び第二のタッチパネル３６，５３と実質的に同じである。
【０１１０】
各第一の感知電極１０は、第二のタッチパネル５３におけるのと同様に、第一の方向ｘにおいて延在している連続した導電性領域である。例えば、各第一の感知電極１０は、第一の方向ｘにおいて等間隔で配置されていて、相対的に細いブリッジセグメント５５によって第一の方向ｘにおいて互いに接続された、いくつかのパッドセグメント５４を含んでいてよい。各第二の感知電極３１は、第二のタッチパネル５３におけるのと同様に、第二の方向ｙにおいて等間隔に配置された、いくつかのパッドセグメント５９を備えていてよい。しかしながら、第三のタッチパネル５８のパッドセグメント５９は、第二のタッチパネル５３とは異なり、層構造７の第一の面８上に配置されていて、第一の感知電極１０と交差しつつも、それから隔てられている。各第二の感知電極３１に対応するパッドセグメント５９は、導電性ジャンパ６０によって互いに接続されている。このジャンパ６０のそれぞれは、第一の感知電極１０の一部にまたがっており、ジャンパ６０は、ジャンパ６０と第一の感知電極１０との交差部の周囲の領域に局在しうる誘電材料の薄い層（図示せず）により、第一の感知電極１０から絶縁されている。
【０１１１】
あるいは、薄い誘電体層（図示せず）が、層構造７の第一の面８や第一の感知電極１０や第二の感知電極３１のパッドセグメント５９の上に重なっていてもよい。単一の薄い誘電体層（図示せず）の上方に、第二の方向ｙにおいて延在している導電トレース（図示せず）が配置されていて、パッドセグメント５９を覆う各導電トレース（図示せず）が１つの第二の感知電極３１を形成するようになっていてもよい。重なっている導電トレース（図示せず）は、単一の薄い誘電体層（図示せず）を貫通するように形成されたビア（図示せず）によって各第二の感知電極３１を形成するパッドセグメント５９を接続してもよい。
【０１１２】
タッチパネルのためのパターニングされた共通電極
第一又は第二の感知電極１０，３１と共通電極１１との間の相互静電容量の値は、必要に応じて、パターニングされた共通電極１１を使用することによって低減されうる。パターニングされた共通電極１１を使用することにより、ユーザの指先／スタイラスと感知電極１０，３１との間の静電相互作用を遮断することなく、共通電極１１をユーザの指先／スタイラスと感知電極１０，３１との間に配置することが可能となる。共通電極１１を外側に向けた構成は、ディスプレイ４２（図３２〜図３９）内に一体的に埋め込まれたタッチパネルにとって有利な場合がある。
【０１１３】
図８は、パターニングされた共通電極６１のレイアウトを示した図である。
【０１１４】
図８を参照すると、パターニングされた共通電極６１はデカルト格子（Cartesian grid）の形態を取る場合がある。パターニングされた共通電極６１の導電性領域は、第一の方向ｘにおいて延在していて、かつ第二の方向ｙにおいて幅Ｗを有する支柱６２と、第二の方向ｙにおいて延在していて、第一の方向ｘにおいて幅Ｗを有する支柱６３とを含んでいる。第一の方向ｘにおいて延在している支柱６１は、第二の方向ｙにおいて間隔Ｓでもって等間隔に配置されており、第二の方向ｙにおいて延在している支柱６３は、第一の方向ｘにおいて同じ間隔Ｓでもって等間隔に配置されている。支柱６２，６３は、パターニングされた共通電極６１が導電性材料の単一の領域で形成されるように、交差する箇所で接合されている。
【０１１５】
図１，２，４及び５も参照すると、パターニングされた共通電極６１は、感知電極１０，３１と共通電極１１との間の相互静電容量の大きさを低減するように配置されうる。
【０１１６】
パターニングされた共通電極６１は必ずしもデカルト格子として配置される必要はなく、他の連続的に接続された２次元パターンが用いられてもよい。パターニングされた共通電極６１は必ずしも繰り返し格子パターン（repeating lattice pattern）を使用する必要はなく、代わりに不規則な、又は準周期的な構成が用いられてもよい。
【０１１７】
圧力値の補間
ピッチと呼ばれることもある、投影型静電容量式タッチパネルにおける隣接する電極間の間隔は、比較的粗いもの、例えば、１〜５ｍｍ又は５ｍｍより大きい場合がある。もしユーザインタラクションの位置がピッチの分解能でのみ決定されるとすると、投影型静電容量式タッチパネルは、ユーザインタラクションの正確な位置を供給することができず、又はユーザがたどった経路を円滑に追跡することができない恐れがある。投影型静電容量式タッチパネルは、より正確な位置を供給するために、線形補間か、二次補間か、あるいは高次の多項式又は他の適切な関数を使用した補間を使用してタッチ位置を推測するため、通常、ピーク信号と、さらに隣接する電極信号とを有する電極を使用する補間法を用いる。このような補間は、ユーザインタラクションがいくつかの隣接する感知電極の静電容量を同時に変化させる可能性があるために可能となる。
【０１１８】
図９は、補間法を使用して、ユーザインタラクションの位置及び／又は圧力を推測することを示した図である。
【０１１９】
図５及び９を参照すると、ユーザがタッチパネル３６，５３，５８を覆うカバーレンズ４６（図２４）を押すと、カバーレンズ４６の下にある圧電材料１２の層は、比較的広い領域にわたって歪みを受ける。例えば、これは、カバーレンズ４６の剛性がより大きな領域にわたって圧縮荷重を広げること、及び／又は圧電材料の層が面内延伸を受けることに起因しうる。例えば、ピーク圧力６５を加える正確な位置６４でのユーザインタラクションは、感知電極１０，３１についての圧力値６６ａや６６ｂが、正確な位置６４を囲む位置６７ａ，６７ｂにおいて決定される結果につながる場合がある。正確な位置６４でのユーザインタラクションはまた、感知電極１０，３１についての圧力値６８ａや６８ｂが、正確な位置６４からさらに離れていて対になって囲んでいる位置（bracketing locations）６７ａ，６７ｂに隣接した位置６９ａ，６９ｂにおいて決定されてしまう結果にもつながりうる。
【０１２０】
圧力値６６ａ，６６ｂは、ユーザインタラクションの正確な位置６４において測定されるピーク圧力６５とはわずかに異なり、囲んでいる位置６７ａ，６７ｂに対する正確な位置６４の相対的な位置に応じて変化する。このように、ユーザインタラクションに反応するための閾値圧力値は、囲んでいる位置６７ａ，６７ｂに対する正確な位置６４の相対的な位置による誤った登録を避けるために、十分に広い間隔で設けられるべきである。このことは、圧力タッチアプリケーションのための圧力値の粗い分解能につながる恐れがある。圧力タッチアプリケーションの潜在的な分解能は、補間を用いてピーク圧力６５を推定することによって改善しうる。
【０１２１】
圧力信号処理モジュール６又は処理装置３７（図３）は、最大値６６ａとこれに対応する位置６７ａとを用いて、２つの隣り合った最も近い値６６ｂ、６８ａ及び対応する位置６７ｂ、６９ａを組み合わせて、正確な位置６４及び／又は圧力値６５の推定値を算出しうる。あるいは、圧力信号処理モジュール６又は処理装置３７（図３）は、一対の囲んでいる値（bracketing values）６６ａ、６６ｂと位置６７ａ、６７ｂとを用いて、正確な位置６４及び／又はピーク圧力６５の推定値を算出しうる。圧力信号処理モジュール６又は処理装置３７（図３）は、一対の囲んでいる値６６ａ、６６ｂ及び位置６７ａ、６７ｂと、隣接する値６８ａ、６８ｂ及び位置６９ａ、６９ｂとを用いて、正確な位置６４及び／又はピーク圧力６５の推定値を算出しうる。圧力信号処理モジュール６又は処理装置３７（図３）は、線形補間、二次補間又は高次多項式あるいは他の適切な関数を使用する補間を用いて、正確な位置６４及び／又はピーク圧力６５の推定値を算出しうる。
【０１２２】
このようにして、圧力タッチアプリケーションの分解能は、補間法を圧力値２４に適用して、ユーザインタラクションのピーク圧力６５を推定することによって改善されうる。補間は、圧力値２４を用いて決定されたユーザインタラクション位置の推定値を改善するために使用することもできる。
【０１２３】
静電容量式タッチコントローラ５はまた、１つ又は複数のユーザインタラクションの位置を決定する精度を改善するために、静電容量値２３の補間を使用することもできる。
【０１２４】
差動増幅ステージを使用する例
図１０は、差動増幅を使用する第三のデバイス４８からの一例を示した図である。
【０１２５】
図１，２，４，５及び１０を参照すると、一実施例では、第三のデバイス４８は、Ｎと等しい数の差動分離ステージ７０と差動増幅ステージ７１とを含んでいてよい。各差動増幅ステージ７１は、増幅ステージ３を実現する一例であり、各差動増幅ステージ７１は、圧力信号フィルタ１６と、差動増幅器の形態をとる増幅器１７とを含んでいる。
【０１２６】
各差動分離ステージ７０は、分離ステージ２を実現する一例である。第ｎ番目の差動分離ステージ７０は、第ｎ番目の第一の入出力信号端子１３を、第一の静電容量信号フィルタ１５（図１）を介して第ｎ番目の第二の入出力端子１４に接続している。第ｎ番目の第一の入出力端子１３は、Ｄで示す回路ノードにおいてタッチパネル３６，５３，５８の第ｎ番目の感知電極１０，３１に接続されている。第ｎ番目の第二の入出力端子１４は、Ａで示す回路ノードにおいて静電容量式タッチコントローラ５に接続されている。静電容量式タッチコントローラ５は、第ｎ番目の第二の入出力端子１４を介して、静電容量測定信号２１を、第ｎ番目の感知電極１０，３１と、例えば静電容量駆動信号／静電容量感知信号３３，３４とやりとりする。しかしながら、差動分離ステージ７０はまた、第二の静電容量信号フィルタ１５と基準抵抗−静電容量Ｒｉｓ−Ｃｉｓ（図１１）とを介して、共通端子５２を第ｎ番目の第二の入出力端子１４にも接続している。第二の静電容量信号フィルタ１５と基準抵抗−静電容量Ｒｉｓ−Ｃｉｓ（図１１）とは、Ｃで示す回路ノードにおいて直列に接続されている。共通端子５２は、Ｂで示す回路ノードにおいて、タッチパネル３６，５３，５８の共通電極１１と静電容量式タッチコントローラ５の共通出力とに接続されている。静電容量式タッチコントローラ５の共通出力は、バイアス信号２２を共通電極１１と共通端子５２に供給する。
【０１２７】
差動増幅ステージ７１への第一の入力７２は、第一の抵抗Ｒｄ１によって回路ノードＤに接続されており、差動増幅ステージ７１への第二の入力７３は、第二の抵抗ＲＣ１によって回路ノードＣに接続されている。第一及び第二の抵抗Ｒｄ１，ＲＣ１は、抵抗ネットワーク２７の一部を形成している。差動増幅ステージ７１は、第一の入力７２と第二の入力７３との間の差に基づいて、すなわち回路ノードＣと回路ノードＤとの間の電圧差に基づいて、増幅された信号２０を生成する。
【０１２８】
図１１は、差動分離ステージ７０を実現する回路の一例を示した図である。
【０１２９】
図１１も参照すると、第一及び第二の静電容量フィルタ１５は、第一及び第二の静電容量Ｃｉ１，Ｃｉ２の形態をとりうる。フィルタ静電容量Ｃｉ１，Ｃｉ２は、静電容量式タッチコントローラをＤＣ成分や低周波数成分から切り離すことによって、静電容量信号フィルタ１５、すなわち高域通過フィルタとして機能しうる。静電容量Ｃｉ１，Ｃｉ２は同一であることが好ましい。差動分離ステージ７０は、回路ノードＣと共通端子５２との間に直列に接続された基準抵抗Ｒｉｓと基準静電容量Ｃｉｓとを含んでいる。このようにして、基準抵抗Ｒｉｓ及び基準静電容量Ｃｉｓは、静電容量式タッチコントローラ５と共通電極１１との間に基準経路を提供する。
【０１３０】
第ｎ番目の感知電極１０，３１と共通電極１１との間の経路は、タッチパネル３６，５３，５８の第ｎ番目のタッチセンサ４，２６の等価回路７４によって近似的に表されうる。等価回路７４は、タッチセンサ４，２６の抵抗を表すセンサ抵抗Ｒｓｅｎｓｏｒを含んでいる。等価回路７４は、第ｎ番目の感知電極１０，３１と共通電極１１との間の相互静電容量であるセンサ静電容量Ｃｓｅｎｓｏｒと、圧電材料層１２を表す圧電素子Ｐｓｅｎｓｏｒとを含んでいる。センサ静電容量Ｃｓｅｎｓｏｒと圧電素子Ｐｓｅｎｓｏｒとは互いに並列に接続されており、Ｅで示す回路ノードにおいてセンサ抵抗Ｒｓｅｎｓｏｒと直列に接続されている。等価回路７４はまた、感知電極１０，３１の自己静電容量Ｃｓｅｌｆと、第ｎ番目のタッチセンサ４，２６とのユーザインタラクションに応じて変化する可変自己静電容量ΔＣｓｅｌｆとを含んでいる。自己静電容量Ｃｓｅｌｆ及び可変自己容量ΔＣｓｅｌｆは、回路ノードＥとグランドとの間に並列に接続されている。
【０１３１】
基準抵抗Ｒｉｓの値は、センサ抵抗Ｒｓｅｎｓｏｒに近似するように選択される。基準静電容量Ｃｉｓの値は、センサ静電容量Ｃｓｅｎｓｏｒと圧電素子Ｐｓｅｎｓｏｒと自己静電容量Ｃｓｅｌｆとによって形成されるネットワーク全体の静電容量に近似するように選択される。このように、第ｎ番目の差動増幅器７１への第一及び第二の入力７２，７３は、基準抵抗Ｒｉｓと基準静電容量Ｃｉｓとによって形成される基準経路と、静電容量式タッチコントローラ５からの静電容量測定信号２１に応答する第ｎ番目のタッチセンサ４，２６との違いに敏感である。
【０１３２】
図１２は、差動増幅ステージ７１を実現する回路の一例を示した図である。
【０１３３】
図１２も参照すると、差動増幅ステージ７１の一例は、第一及び第二の演算増幅器ＯＰ１，ＯＰ２とコンパレータＣＭ１とを含んでいる。第一の入力７２は、Ｆで示す回路ノードにおいて第一の演算増幅器ＯＰ１の反転入力によって受け取られ、第二の入力７３は、Ｇで示す回路ノードにおいて第二の演算増幅器の反転入力によって受け取られる。第一の演算増幅器ＯＰ１の非反転入力は、第一のプルダウン抵抗Ｒｘ１を介してグランドに接続されている。同様に、第二の演算増幅器ＯＰ２の非反転入力は、第二のプルダウン抵抗Ｒｘ２を介してグランドに接続されている。第一及び第二のプルダウン抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２は、同じ値を有することが好ましい。選択的に、第一及び第二のプルダウン静電容量Ｃｘ１，Ｃｘ２は、第一及び第二のプルダウン抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２とそれぞれ並列に接続されていてもよい。第一の演算増幅器ＯＰ１の出力は、Ｈで示す回路ノードにおいてコンパレータＣＭ１の非反転入力に接続されており、第二の演算増幅器ＯＰ２の出力は、Ｉで示す回路ノードにおいてコンパレータＣＭ１の反転入力に接続されている。あるいは、演算増幅器ＯＰ１，ＯＰ２とコンパレータＣＭ１の反転入力及び非反転入力との接続は逆であってもよい。コンパレータＣＭ１の出力は、増幅された信号２０を供給する。回路ノードＦと回路ノードＨとの間には、第一の帰還抵抗Ｒｆ１と第一の帰還静電容量Ｃｆ１とが並列に接続されている。第一の帰還抵抗Ｒｆ１と第一の帰還静電容量Ｃｆ１とは、第一の演算増幅器ＯＰ１のための帰還回路網を提供する。このようにして、圧力信号フィルタ１６は、第一の演算増幅器ＯＰ１と一体化される。同様に、回路ノードＧと回路ノードＩとの間には、第二の帰還抵抗Ｒｆ２と第二の帰還静電容量Ｃｆ１とが並列に接続されている。第二の帰還抵抗Ｒｆ１と帰還静電容量Ｃｆ１とは、第二の演算増幅器ＯＰ２の帰還回路網と圧力信号フィルタ１６とを提供する。
【０１３４】
差動増幅ステージ７１の使用によって、電磁干渉に対する増幅された信号２０の感度を低下させることができる。また差動増幅ステージ７１によって、静電容量測定信号２１のあらゆる残留振幅をも低減させることができる。
【０１３５】
自己静電容量測定と圧力測定とを組み合わせて実行する動作
図１３Ａ〜１３Ｆは、第ｎ番目の感知電極１０，３１とのユーザインタラクションが生じていない場合に、第ｎ番目の感知電極１０，３１の自己静電容量を測定するためのタッチパネルシステム４７の使用を示した図である。
【０１３６】
図１０〜１３Ｆを参照すると、静電容量式タッチコントローラ５は、静電容量測定信号２１を、第ｎ番目の差動分離ステージ７０を介して第ｎ番目の感知電極１０，３１に出力する。静電容量測定信号２１は、電圧Ｖｓｅｌｆ（ｔ）が第一の電圧Ｖ１に昇圧される前に、所定の持続時間だけグランド電圧に保持される階段状波形Ｖｓｅｌｆ（ｔ）の形を取りうる。電圧Ｖｓｅｌｆ（ｔ）は、所定の持続時間だけ第二の電圧Ｖ２に昇圧される前に、所定の持続時間だけＶ１で保持されて、その後第三の電圧Ｖ３に降圧される。電圧Ｖｓｅｌｆ（ｔ）は、所定の持続時間だけ第三の電圧Ｖ３で保持された後、グランド電圧、すなわち０Ｖに降圧され、そして階段状波形Ｖｓｅｌｆ（ｔ）が繰り返される。第二の電圧と第三の電圧との差Ｖ２−Ｖ３は第一の電圧Ｖ１に等しく、これにより、第ｎ番目の感知電極の自己静電容量Ｃｓｅｌｆ＋ΔＣｓｅｌｆを上昇端と下降端から測定することができる。電圧信号Ｖｓｅｌｆ（ｔ）の特定の形態は必ずしも階段状の波形である必要はなく、使用される静電容量式タッチコントローラ５に応じて、第ｎ番目の感知電極の自己静電容量Ｃｓｅｌｆ＋ΔＣｓｅｌｆを判定するのに適した任意の信号が使用されうる。
【０１３７】
静電容量式タッチコントローラ５は、静電容量測定信号２１であるＶｓｅｌｆ（ｔ）と実質的に同じバイアス信号２２であるＶｂｉａｓ（ｔ）を出力する。これにより、センサ静電容量Ｃｓｅｎｓｏｒが自己静電容量Ｃｓｅｌｆ＋ΔＣｓｅｌｆの測定に及ぼす影響が除去されるか、又は実質的に低減される。このようにして、測定された静電容量は、第ｎ番目の感知電極１０，３１とグランドとの間の自己静電容量Ｃｓｅｌｆに実質的に対応している。第ｎ番目の感知電極１０，３１の自己静電容量Ｃｓｅｌｆは、静電容量測定信号２１であるＶｓｅｌｆ（ｔ）に応じて自己静電容量Ｃｓｅｌｆへ／から流れる電荷を決定する内部電荷増幅器（図示せず）を用いて、静電容量式タッチコントローラ５によって判定される。
【０１３８】
第一及び第二の静電容量フィルタ１５、例えば第一及び第二の静電容量Ｃｉ１，Ｃｉ２は、静電容量測定信号２１を、全く減衰させないか又は減衰を最小にして通過させる。基準抵抗Ｒｉｓと基準静電容量Ｃｉｓとは、好ましくは、タッチセンサ４，２６等価回路７４の抵抗Ｒｓｅｎｓｏｒと静電容量Ｃｓｅｎｓｏｒ＋Ｃｓｅｌｆとに実質的に整合するように選択されるべきである。したがって、ユーザインタラクションが生じていないとき、回路ノードＤ及び回路ノードＣにおける電圧、すなわちＶＤ（ｔ）及びＶＣ（ｔ）は、タッチセンサ４，２６を介した場合と、基準抵抗Ｒｉｓ及び基準静電容量Ｃｉｓとを介した場合とで、共通電極１１への経路が実質的に同様のインピーダンスを有するため、実質的には同様である。したがって、ノードＤにおける電圧とノードＣにおける電圧との差であるＶＤ−Ｃ（ｔ）は、小さいか、又は無視できる程度であり、残存する大きさはδＶである。残留差ＶＤ−Ｃ（ｔ）は、静電容量測定信号２１であるＶｓｅｌｆ（ｔ）と実質的に同様の周波数成分を有しており、これは差動増幅ステージ７２に組み込まれた圧力信号フィルタ１６、例えば演算増幅器ＯＰ１，ＯＰ２と、それぞれの帰還回路網Ｒｆ１−Ｃｆ１、Ｒｆ２−Ｃｆ２とによって除去／除外される。増幅された信号２０であるＶａｍｐ（ｔ）は実質的に一定である。圧力信号フィルタ１６によって十分に減衰されていない静電容量測定信号２１であるＶｓｅｌｆ（ｔ）及び／又は出力の積分された性質に起因するいかなる残留寄与も、その後に引き続いて行われる、圧力信号処理モジュール６（図５）又はプロセッサ３７（図３）による、増幅された信号のデジタル信号処理中に除去されるか又は補償されうる。
【０１３９】
軽い押圧／近づけて静止する（proximity hover）形態でユーザインタラクションが生じる場合、すなわち圧電材料層１２から顕著な圧電応答Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）が生成されない場合、信号は実質的に同じである。ユーザインタラクションに起因する第ｎ番目の感知電極１０，３１の自己静電容量の変化ΔＣｓｅｌｆは、内部電荷増幅器（図示せず）によって判定される第ｎ番目の感知電極への／からの電荷流の変化に基づいて、静電容量式タッチコントローラ５によって感知される。
【０１４０】
図１４Ａ〜１４Ｉは、第ｎ番目の感知電極１０，３１の自己静電容量の測定と、第ｎ番目の感知電極１０，３１に加えられた圧力の測定とを組み合わせて実行するタッチパネルシステム４７の使用を示した図である。
【０１４１】
図１４Ａ〜１４Ｉも参照すると、ユーザインタラクションがタッチパネル３６，５３，５８の第ｎ番目のタッチセンサ４，２６に圧力を加えると、圧電材料１２の層の歪誘起分極Ｐは、第ｎ番目の感知電極１０，３１から圧電応答Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）を生成する。圧電応答Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）の大きさが小さいため、また回路ノードＣ及び回路ノードＤは、例えばＣｉ１及びＣｉ２のような第一及び第二の静電容量信号フィルタ１５によって少なくとも部分的に切り離されているため、圧電応答Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）は、基準経路Ｒｉｓ，Ｃｉｓを介しては回路ノードＣにおいて実質的に登録されない。この実施例では、圧電応答Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）は、入力抵抗Ｒｄ１を横切る電圧、すなわちＲｄ１Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）としてノードＤにおいて登録される。このように、回路ノードＤにおける電圧信号ＶＤ（ｔ）は、静電容量測定信号２１であるＶｓｅｌｆ（ｔ）と圧電応答Ｒｄ１Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）に起因する電圧との重ね合わせにほぼ等しい。圧電信号Ｒｄ１Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）は、静電容量測定信号２１であるＶｓｅｌｆ（ｔ）よりも大幅に小さい振幅を有している。図１４Ｄ〜１４Ｉに示した圧電信号Ｒｄ１Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）の相対振幅は、視覚目的のために誇張されている。回路ノードＤにおける電圧信号と回路ノードＣにおける電圧信号との差ＶＤ−Ｃ（ｔ）は、圧電信号Ｒｄ１Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）と、近似の振幅δＶを伴った残留変動との重ね合わせである。差動増幅ステージ７２の圧力信号フィルタ１６は、静電容量測定信号２１に起因する残留変動δＶを大幅に除去／減衰し、増幅された信号２０であるＶａｍｐ（ｔ）は、圧電信号Ｒｄ１Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）の積分に利得（gain）であるＧａｍｐを乗じたものに比例する。静電容量測定信号２１の基準周波数ｆｄを上回るような、圧電信号Ｒｄ１Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）の比較的高い周波数成分が圧力信号フィルタ１６によって減衰される可能性があるため、対応関係は正確ではない場合がある。圧力信号フィルタ１６によっては十分に減衰されていない静電容量測定信号２１であるＶｓｅｌｆ（ｔ）に起因するいかなる残留寄与も、その後に引き続いて行われる、圧力信号処理モジュール６（図５）又はプロセッサ３７（図３）による、増幅された信号のデジタル信号処理中に、除去されるか又は補償されうる。
【０１４２】
特に図１４Ｄ〜１４Ｉを参照すると、圧力Ｐａｐｐｌｉｅｄを加えるユーザインタラクションは、ｔｓｔａｒｔで始まり、ｔｅｎｄまで続く。感知電極１０，３１と共通電極１１との間に発生する電荷Ｑｐｉｅｚｏ（ｔ）がピーク値に近づくにつれて、ピエゾ電流Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）（したがって信号Ｒｄ１Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ））は、減衰する前に急速に増加する。時定数は、等価回路７４の静電容量と入力抵抗Ｒｄ１とによって近似的に設定される。増幅された信号２０は、圧電信号Ｒｄ１Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）の積分に比例しており、ｔｓｔａｒｔの後も急激に増大する。増幅された信号２０もまた、増幅器に関する時定数で減衰する。例えば、増幅された信号２０の減衰の時定数は、演算増幅器ＯＰ１、ＯＰ２の帰還回路網を形成する抵抗Ｒｆ１，Ｒｆ２と静電容量Ｃｆ１，Ｃｆ２とによって決定されうる。典型的には、増幅された信号２０であるＶａｍｐ（ｔ）の減衰の時定数は、圧電信号Ｒｄ１Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）の減衰の時定数よりも長い。圧力が時間ｔｅｎｄにおいて除去されると、電極１０，１１，３１の間に電荷Ｑｐｉｅｚｏが放出される際に、反対の感知（opposite sense）を有する圧電信号−Ｒｄ１Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）が生成される。増幅された信号２０であるＶａｍｐ（ｔ）の減衰は、ｔｅｎｄの後で、増幅された信号２０であるＶａｍｐ（ｔ）の小さく過渡的なオーバーシュートをもたらす。増幅された信号２０であるＶａｍｐ（ｔ）におけるオーバーシュートは、同じ時定数で基準線レベルまで減衰する。
【０１４３】
図１４Ｄ〜１４Ｉにおいて、圧電信号Ｒｄ１Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）の時定数は、説明のために比較的短く示した。実際には、圧電信号Ｒｄ１Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）の減衰の時定数は、静電容量測定信号２１であるＶｓｅｌｆ（ｔ）の周期の数十倍、数百倍又は数千倍でさえある。説明のために、図１４Ｄ〜１４Ｉにおいて、ユーザインタラクションの継続時間ｔｅｎｄ−ｔｓｔａｒｔも短縮した。実際には、ユーザインタラクションの長さは、静電容量測定信号２１であるＶｓｅｌｆ（ｔ）の周期の数百、数千、又は数万倍さえ超える場合がある。
【０１４４】
感知電極１０，３１の自己静電容量を測定するための具体的な方法と、静電容量測定信号２１及びバイアス信号２２の特定の波形は、使用される特定の静電容量式タッチコントローラ５に依存する。しかしながら、静電容量式タッチコントローラ５によって生成された静電容量測定信号２１を通過させるために静電容量信号フィルタ１５の帯域幅を調整することによって、任意の静電容量式タッチコントローラ５が装置１，２５，４８と共に使用されうる。
【０１４５】
相互静電容量測定と圧力測定とを組み合わせて実行する動作
タッチパネルシステム４７は、第一及び第二の感知電極１０，３１と共通電極との間の圧力測定を行うのと同時に、１つの第一の感知電極１０と１つの第二の感知電極３１との対の間の相互静電容量を測定するためにも使用されうる。１つの第一の感知電極１０と１つの第二の感知電極３１の対の間の相互静電容量を測定することは、タッチパネルシステム４７の物理的構成の変更を必要とせず、測定モード、すなわち自己静電容量又は相互静電容量は、主に静電容量式タッチコントローラ５によって送受信される静電容量測定信号２１の形態において異なる。
【０１４６】
図１５は、一対の感知電極１０，３１間の相互静電容量を測定するためのタッチパネルシステム４７の使用を示した図である。
【０１４７】
図５，１０〜１２及び１５を参照すると、相互静電容量の測定は、第一の感知電極１０と第二の感知電極３１とを含んだ一対を用いて行われる。例えば、タッチパネル３６，５３，５８が総数Ｎ個の感知電極１０，３１を含んでいて、そのうちのＮ１が第一の感知電極である場合、第ｎ番目の感知電極１０，３１をＥｎとすると、相互静電容量は、全ての１≦ｎ≦Ｎ１である第一の感知電極１０であるＥｎと、全てのＮ１＜ｋ≦Ｎである第二の感知電極３１であるＥｋとの任意の対について測定されうる。
【０１４８】
タッチパネルシステム４７の物理的構成は、自己静電容量測定の場合と同じである。しかしながら、静電容量式タッチコントローラ５は、異なる静電容量測定信号２１を送受信し、等価回路７４の代わりに相互静電容量等価回路７５が考えられる。相互静電容量等価回路７５は、等価回路７４と実質的に同様である。第ｎ番目又は第ｋ番目のタッチセンサ４，２６は、第ｎ番目の感知電極Ｅｎと共通電極１１との間に直列に接続された感知静電容量Ｃｓｅｎｓｏｒ及び感知抵抗Ｒｓｅｎｓｏｒとして表され、感知静電容量Ｃｓｅｎｓｏｒにまたがって並列に接続された圧電素子Ｐｓｅｎｓｏｒを備えている。感知静電容量Ｃｓｅｎｓｏｒは、各感知電極Ｅｎ，Ｅｋと共通電極１１との間の相互静電容量を表している。第ｎ番目のタッチセンサ４，２６を表す感知静電容量Ｃｓｅｎｓｏｒと感知抵抗Ｒｓｅｎｓｏｒとは、Ｊで示す回路ノードにおいて接続されており、第ｋ番目のタッチセンサ４，２６を表す感知静電容量Ｃｓｅｎｓｏｒと感知抵抗Ｒｓｅｎｓｏｒとは、Ｋで示す回路ノードにおいて接続されている。等価回路７５はまた、回路ノードＪと回路ノードＫとの間を接続する第ｎ番目と第ｋ番目の感知電極Ｅｎ，Ｅｋ間の相互静電容量Ｃｍｕｔ＋ΔＣｍｕｔとを含んでいる。
【０１４９】
図１６Ａ〜１６Ｆは、第ｎ番目又は第ｋ番目の感知電極Ｅｎ，Ｅｋに近接したユーザインタラクションがない場合における、第ｎ番目の感知電極Ｅｎである１０と第ｋ番目の感知電極Ｅｋである３１との交点の間の相互静電容量を測定するためのタッチパネルシステム４７の使用を示した図である。
【０１５０】
図４，５，１５，１６Ａ〜１６Ｆを参照すると、静電容量式タッチコントローラ５は、静電容量駆動信号３３であるＶＴｘ（ｔ）の形態をした静電容量測定信号２１によって第ｎ番目の感知電極Ｅｎである１０を駆動する。静電容量駆動信号３３であるＶＴｘ（ｔ）は、駆動信号振幅ＶＤｒと基準周波数ｆｄとを有する方形波信号の形をとる。静電容量式駆動信号３３であるＶＴｘ（ｔ）は、交差する第ｋ番目の感知電極Ｅｋである３１において、静電容量感知信号３４であるＶＲｘ（ｔ）の形態をした静電容量測定信号２１を誘起し、静電容量式タッチコントローラ５は静電容量感知信号３４であるＶＲｘ（ｔ）を受け取る。静電容量感知信号３４であるＶＲｘ（ｔ）も方形波であり、電圧降下ΔＶだけ振幅がＶＤ−ΔＶに低減されており、静電容量式タッチコントローラ５は、第ｎ番目と第ｋ番目の感知電極Ｅｎ，Ｅｋ間の相互静電容量Ｃｍｕｔの値を電位差ΔＶの大きさに基づいて判定する。バイアス信号２２は、相互静電容量測定のために、一定なＤＣ電圧か又はグランドである。第ｎ番目及び第ｋ番目の感知電極Ｅｎ，Ｅｋとのユーザインタラクションがない場合、回路ノードＣ及び回路ノードＤにおける電圧信号ＶＣ（ｔ），ＶＤ（ｔ）は、全く同一ではないものの、実質的には同様である。自己静電容量測定の場合と同様に、回路ノードＤと回路ノードＣとの間の差信号ＶＤ−Ｃ（ｔ）は、静電容量駆動信号３３であるＶＴｘ（ｔ）と同様の周波数成分を有する残留変動δＶを含んでいる。第ｋ番目の信号分離と増幅ステージ７０，７１との挙動は同様である。したがって、差動増幅ステージ７１の圧力信号フィルタ１６は残留変動δＶを除外／減衰させ、第ｎ番目及び第ｋ番目の増幅ステージ７１の増幅された信号２０ｎ，２０ｋであるＶａｍｐ（ｔ）は、実質的に一定である。静電容量駆動信号／静電容量感知信号３３，３４に対応するいかなる残留ノイズも、圧力信号処理モジュール６におけるデジタル信号処理によって、及び／又は処理装置３７（図３）によって、除去されるか又は補償されうる。
【０１５１】
図１７Ａ〜１７Ｆは、第ｎ番目又は第ｋ番目の感知電極Ｅｎ，Ｅｋに近接した軽いユーザインタラクションが存在する場合に、第ｎ番目の感知電極Ｅｎである１０と第ｋ番目の感知電極Ｅｋである３１との交点の間の相互静電容量を測定するためのタッチパネルシステム４７の使用を示した図である。
【０１５２】
図１７Ａ〜１７Ｆも参照すると、ユーザの指先か又は適切な導電性スタイラスと第ｎ番目及び第ｋ番目の感知電極との間に静電容量式結合をもたらすユーザインタラクションが生じうるが、このユーザインタラクションは有意な圧電信号Ｒｄ１Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）を生成するのに十分な圧力を加えていない。ユーザの指先又は導電性スタイラスへの静電容量式結合は、第ｎ番目及び第ｋ番目の感知電極間の相互静電容量の変化ΔＣｍｕｔを引き起こす。静電容量式タッチコントローラ５は、静電容量駆動信号３３であるＶＴｘ（ｔ）と静電容量感知信号３４であるＶＲｘ（ｔ）との間の電圧降下ΔＶの対応する増加量から相互静電容量の変化ΔＣｍｕｔを判定する。回路ノードＣ及び回路ノードＤにおける電圧信号ＶＣ（ｔ），ＶＤ（ｔ）も、相互静電容量の変化ΔＣｍｕｔによって互いに修正され、ノードＤ及びノードＣの間の電圧差ＶＤ−Ｃ（ｔ）は、それに応じて変化する。残留電圧変動δＶは、静電容量駆動信号ＶＴｘ（ｔ）と静電容量感知信号ＶＲｘ（ｔ）とに基づく周波数構成を引き続き有しており、差動増幅ステージ７１に組み込まれた圧力信号フィルタ１６によって大幅に除去／減衰される。
【０１５３】
図１８Ａ〜１８Ｆは、第ｎ番目又は第ｋ番目の感知電極Ｅｎ，Ｅｋに近接したユーザインタラクションが圧電応答を誘発するのに十分な圧力を加えた場合における、第ｎ番目の感知電極Ｅｎである１０と第ｋ番目の感知電極Ｅｋである３１との交点の間の相互静電容量を測定するためのタッチパネルシステム４７の使用を示した図である。
【０１５４】
図１８Ａ〜１８Ｆも参照すると、タッチパネル３６，５３，５８の第ｎ番目及び第ｋ番目のタッチセンサ２６にユーザインタラクションが圧力を加えた際、圧電材料層１２の歪誘起分極は、第ｎ番目の感知電極１０，３１から圧電応答Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）を生成する。圧電信号Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）は、基準経路Ｒｉｓ，Ｃｉｓを介して回路ノードＣにおいて実質的には登録されない。それは圧電応答Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）の大きさが小さいからであり、また、回路ノードＣ及び回路ノードＤは、例えばＣｉ１，Ｃｉ２のような第一及び第二の静電容量信号フィルタ１５によって、少なくとも部分的に分離されるからである。この実施例では、圧電応答Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）は、入力抵抗Ｒｄ１の両端間の電圧として、すなわちＲｄ１Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）として、ノードＤにおいて登録される。このように、回路ノードＤにおける電圧信号ＶＤ（ｔ）は、静電容量駆動信号３３であるＶＴｘ（ｔ）と圧電信号Ｒｄ１Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）との重ね合わせにほぼ等しい。同様に、静電容量感知信号３４であるＶＲｘ（ｔ）と圧電信号Ｒｄ１Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）とのおおよその重ね合わせは、第ｋ番目の感知電極Ｅｋに関連する差動増幅ステージ７１への１つの入力を供給する。圧電信号Ｒｄ１Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）は、静電容量駆動信号ＶＴｘ（ｔ）及び静電容量感知信号ＶＲｘ（ｔ）よりもかなり小さい振幅を有している。図１８Ｄ〜１８Ｆに示した圧電信号Ｒｄ１Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）の相対振幅は、視覚目的のために誇張されている。回路ノードＤにおける電圧信号と回路ノードＣにおける電圧信号との差ＶＤ−Ｃ（ｔ）は、圧電信号Ｒｄ１Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）と残留変動δＶとの重ね合わせである。差動増幅ステージ７２の圧力信号フィルタ１６は、残留変動δＶを大幅に除去／減衰し、増幅された信号２０ｎであるＶａｍｐ（ｔ）は、利得Ｇａｍｐを乗じた圧電信号Ｒｄ１Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）の積分にほぼ比例している。前述したように、増幅された信号Ｖａｍｐ（ｔ）は、演算増幅器ＯＰ１，ＯＰ２の帰還回路網を形成する抵抗Ｒｆ１，Ｒｆ２と静電容量Ｃｆ１，Ｃｆ２とによって決定される時定数を有する固定圧の基準線レベルに向かって減衰する。圧電信号Ｒｄ１Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）の比較的高い周波数成分（例えば、≧ｆｄ）が圧力信号フィルタ１６によって減衰される場合があるため、対応関係は正確ではない可能性がある。第ｋ番目の感知電極Ｅｋに関連する増幅ステージ７１によって出力された、増幅された信号２０ｋは、同じように生成される。圧力信号処理モジュール６は、増幅された信号２０ｎ，２０ｋを受け取り、対応する圧力値２４を決定する。例えば、圧力信号処理モジュール６は、既知の加えられた圧力を用いてあらかじめ較正されたモデルか又はルックアップテーブルを使用してよい。第ｎ番目及び第ｋ番目の感知電極Ｅｎ，Ｅｋとのユーザインタラクションは、１つの静電容量値２３と一対の圧力値２４とをもたらす。圧力信号処理モジュール６は、第ｎ番目及び第ｋ番目の感知電極Ｅｎ，Ｅｋに対応する増幅された信号２０ｎ，２０ｋに基づいて算出された圧力値２４の平均値をとる場合がある。あるいは、圧力信号処理モジュールは、例えば、圧電材料層１２への近接に起因する第一の感知電極１０��対応する増幅された信号のような、最も強い増幅された信号２０に基づいて１つの圧力値２４のみを決定してもよい。
【０１５５】
第一の感知電極１０は必ずしも駆動電極である必要はなく、第二の感知電極３１は必ずしも感知電極である必要はない。その代わりに、静電容量式タッチコントローラ５は、静電容量駆動信号３３によって第二の感知電極３１、すなわち第ｋ番目の感知電極を駆動してよく、また第一の感知電極１０、すなわち第ｎ番目の感知電極から静電容量感知信号３４を受け取ってもよい。
【０１５６】
感知電極１０，３１の相互静電容量と、静電容量駆動信号／静電容量感知信号３３，３４及びバイアス信号２２の形態をした静電容量測定信号２１の特定の波形とを測定するための特定の方法は、使用されている特定の静電容量式タッチコントローラ５に依存する。しかしながら、特定の静電容量式タッチコントローラ５によって生成された静電容量測定信号２１を通過させるように静電容量信号フィルタ１５の帯域幅を調整することによって、任意の静電容量式タッチコントローラ５をデバイス１，２５，４８と共に使用することができる。
【０１５７】
同数の分離ステージと増幅ステージとを有するタッチパネルシステム
図１９は、同数の分離ステージ２，７０と増幅ステージ３，７１との間の接続を示した図である。
【０１５８】
図４，５，１０，１１及び１９を参照すると、第三のデバイス４８は、差動信号分離ステージ７０の形態をしたＮ個の分離ステージ２を含んだ信号分離部４９と、差動増幅ステージ７１の形態をしたＮ個と同数の増幅ステージ３を含んだ増幅部５１とを用いて実装されていてよい。各差動信号分離ステージ７０は、それぞれの第一の入出力端子１３を介してＮ個の感知電極Ｅ１，Ｅ２，…，ＥＮのうちの１つに接続されている。タッチパネル３６，５３，５８が第二のタッチセンサ２６を含んでいる場合、感知電極Ｅ１，Ｅ２，…，ＥＮは、例えば交点のグリッドを形成するように配置された第一及び第二の感知電極１０，３１の混合物であってよい。
【０１５９】
差動分離ステージ及び増幅ステージ７０，７１の数が等しい場合、抵抗ネットワーク２７は、各差動分離ステージ７０に対応する一対の抵抗Ｒｃｎ，Ｒｄｎを含んでいてよい。抵抗Ｒｄｎは、第ｎ番目の差動増幅ステージ７１の第一の入力７２を、第ｎ番目の差動分離ステージ７０に関連する回路ノードＤに結合する。抵抗Ｒｃｎは、第ｎ番目の差動増幅ステージ７１の第二の入力７３を、第ｎ番目の差動分離ステージ７０に関連する回路ノードＣ、すなわち基準経路Ｒｉｓ−Ｃｉｓに結合する。各差動分離ステージ７０の基準経路Ｒｉｓ−Ｃｉｓは共通端子５２に接続されていて、この共通端子５２はタッチパネル３６，５３，５８の共通電極に接続されている。
【０１６０】
単一の入力増幅ステージ７７（図２１）を使用するタッチパネルシステム４７の別の実施形態では、抵抗ネットワーク２７は、第ｎ番目の増幅ステージ３の入力をそれぞれの第ｎ番目の信号分離ステージ２と第一の入出力端子１３とに結合する単一の抵抗Ｒｄｎを含んでいる。
【０１６１】
同数でない数の分離ステージと増幅ステージとを有するタッチパネルシステム
図２０は、差動分離ステージ７０の形態をしたＮ個の分離ステージ２と、差動増幅ステージ７１の形態をした、より小さい数であるＭ個の増幅ステージ３との間の接続を示した図である。
【０１６２】
図４，５，１０，１１及び２０を参照すると、信号分離ステージ４９はＮ個の差動信号分離ステージ７０を含んでいてよく、増幅部５１は、より小さい数のＭ個の差動増幅ステージ７１を含んでいてよい。各差動信号分離ステージ７０は、それぞれの第一の入出力端子１３を介して、Ｎ個の感知電極Ｅ１，Ｅ２，…，ＥＮのうちの１つに接続されている。タッチパネルが第二のタッチセンサ２６を含んでいる場合、感知電極Ｅ１，Ｅ２，…，ＥＮは、例えば交点のグリッドを形成するように配置された第一及び第二の感知電極１０，３１の混合物であってよい。
【０１６３】
差動増幅ステージ７１の数Ｍが差動分離ステージ７０の数Ｎより小さい場合、抵抗ネットワーク２７は、各差動分離ステージ７０に対応する一対の抵抗Ｒｃｎ，Ｒｄｎを含んでいる。Ｍ個の差動増幅ステージ７１の第ｍ番目の第一の入力７２は、それぞれの抵抗Ｒｄｎを介して複数の差動分離ステージ７０に接続されている。例えば、Ｍ個の差動増幅ステージ７１の第ｍ番目は、それぞれの抵抗Ｒｄｎ，Ｒｄｎ＋１を介して第ｎ番目及び第ｎ＋１番目の差動分離ステージ７０に接続されていてよい。この場合、各抵抗Ｒｄｎ，Ｒｄｎ＋１の第一の入出力端子は、それぞれの差動分離ステージ７０に関連する回路ノードＤに接続されており、両方の抵抗Ｒｄｎ，Ｒｄｎ＋１の第二の入出力端子は、共通の回路ノードにおいて、対応する第ｍ番目の差動増幅ステージ７１の第一の入力７２に接続されている。第ｍ番目の差動増幅ステージ７１の第二の入力７３は、同じように、抵抗Ｒｃｎ，Ｒｃｎ＋１によって対応する差動分離ステージ７０に接続されている。
【０１６４】
このようにして、Ｍ個の差動増幅ステージ７１の第ｍ番目によって出力された、増幅された信号２０は、それぞれの第ｎ番目及び第ｎ＋１番目の差動分離ステージ７０を介して第ｍ番目の差動増幅ステージ７１に接続されている感知電極Ｅｎ，Ｅｎ＋１のいずれか１つに近接して加えられた圧力を表している。増幅ステージ７１が積分増幅器を含む場合、増幅された信号３０は、第ｍ番目の差動増幅ステージ７１に接続された感知電極Ｅｎ，Ｅｎ＋１に近接して加えられた圧力の合計を表している。
【０１６５】
２つ以上の差動分離ステージ７０は、類似の方法で各差動増幅ステージ７１に接続されていてもよい。
【０１６６】
単一の入力増幅ステージ７７（図２１）を使用するタッチパネルの別の実施形態においては、各信号分離ステージ２が抵抗ネットワーク２７内で単一の抵抗Ｒｄｎに対応する場合を除き、増幅ステージ３は信号分離ステージ２に同じように接続されていてよい。
【０１６７】
単一の入力増幅ステージを用いたタッチパネルシステム
図２１は、単一の入力分離ステージ及び増幅ステージ７６，７７を使用するタッチパネルシステム４７の一部の実施例を示した図である。
【０１６８】
図１，２，４，５及び２１を参照すると、第一のタッチパネルシステムは、単一の入力増幅ステージ７７の形態をした増幅ステージ３と、単一の入力信号分離ステージ７６の形態をした対応する信号分離ステージ２とを使用して実装されうる。単一の入力増幅ステージ７７は、単一の入力７８に基づいて、増幅された信号２０を生成しうる。第ｎ番目の単一の入力信号分離ステージ７６は、第一の静電容量信号フィルタ１５を供給する静電容量Ｃｉ１を介して、第ｎ番目の第二の入出力端子１４を第ｎ番目の第一の入出力端子１３に接続しうる。第ｎ番目の第一の入出力端子１３は、抵抗Ｒｄｎを介して対応する単一の入力増幅ステージ７７の第一の入力７８にも接続されたＤで示す回路ノードにおいて静電容量Ｃｉ１に接続されている。
【０１６９】
単一の入力増幅ステージ７７の実施例は、Ｌで示す回路ノードにおいて第一の入力７８に接続された、反転入力を有する第一の演算増幅器ＯＰ１を含んでいる。第一の演算増幅器ＯＰ１の非反転入力は、プルダウン抵抗Ｒｘｎを介してグランドに接続されている。選択的に、プルダウン静電容量Ｃｘｎは、プルダウン抵抗Ｒｘｎにまたがって並列に接続されている。第一の演算増幅器ＯＰ１の出力は、増幅された信号２０を供給する、Ｍで示す回路ノードに接続されている。回路ノードＬと回路ノードＭとの間には、帰還抵抗Ｒｆｎと帰還静電容量Ｃｆｎとが並列に接続されており、第一の演算増幅器ＯＰ１の帰還回路網を構成している。
【０１７０】
図１３と１４も参照すると、単一の入力分離ステージ及び増幅ステージ７６，７７は、第一又は第二のタッチセンサ４，２６を使用して自己静電容量測定と圧力測定とを組み合わせて実行するために使用されうる。
【０１７１】
図１６〜１８も参照すると、単一の入力分離ステージ及び増幅ステージ７６，７７は、第一又は第二のタッチセンサ４，２６を使用して相互静電容量測定と圧力測定とを組み合わせて実行するために使用されうる。
【０１７２】
図１９も参照すると、単一の入力分離ステージ及び増幅ステージ７６，７７は、同数の単一の入力分離ステージ及び増幅ステージ７６，７７を含んだタッチパネルシステムにおいて使用されうる。
【０１７３】
図２０も参照すると、単一の入力分離ステージ及び増幅ステージ７６，７７は、第一の数の単一の入力分離ステージ７６と、第二の、より低い数Ｍ個の単一の入力増幅ステージ７７とを含んだタッチパネルシステムにおいて使用されうる。
【０１７４】
既に説明したように、静電容量測定信号２１の振幅、例えば静電容量駆動信号及び静電容量感知信号３３，３４は、圧電信号Ｒｄ１Ｉｐｉｅｚｏ（ｔ）の振幅よりも大幅に大きい。第二の入力を供給するために基準経路Ｒｉｓ−Ｃｉｓを使用することは、圧力信号フィルタ１６が、Ｖｓｅｌｆ（ｔ）又はＶＴｘ（ｔ）などの静電容量測定信号２１の全振幅よりもかなり小さい残留電圧変動δＶの振幅を減衰させなければならないことを意味するので、差動増幅ステージ７１が好ましい。対照的に、単一の入力増幅ステージ７７を用いると、圧力信号フィルタ１６は、静電容量測定信号２１の全振幅を減衰させなければならない。その結果、単一の入力増幅ステージ７７によって出力された、増幅された信号２０は、静電容量測定信号２１に対応する比較的より顕著なノイズ信号を含む場合がある。静電容量測定信号２１に対応するいかなる残留ノイズ信号も、圧力信号処理モジュール６及び／又は処理装置３７（図３）におけるデジタル信号処理によって除去されるか又は補償されうる。
【０１７５】
第二のタッチパネルシステム
図２２及び２３は、第二のタッチパネルシステム７９を示した図である。
【０１７６】
図１，２２及び２３を参照すると、第二のタッチパネルシステム７９は、第四のタッチパネル８０と第三のデバイス４８とを含んでいる。第四のタッチパネル８０は、別々の導電トレース５０によって第三のデバイス４８の対応する第一の入出力端子１３に接続された、個別のパッド８１の形態をした多数の第一の感知電極１０を含んでいる。第四のタッチパネル８０は、圧電材料１２の層を組み込んだ層構造７を含んでいる。第四のタッチパネル８０は、第二の層構造３８又はいかなる第二の感知電極３１をも含んでいない。第四のタッチパネルは、自己静電容量測定と圧力測定とを組み合わせて実行する第三のデバイス４８と共に使用されうる。
【０１７７】
第二のタッチパネルシステム７９においては、第三のデバイス４８は、差動分離ステージ及び増幅ステージ７０，７１、又は単一の入力分離ステージ及び増幅ステージ７６，７７の形態をした分離ステージ及び増幅ステージ２，３を使用してよい。第二のタッチパネルシステム７９においては、第三のデバイス４８は、同数の分離ステージと増幅ステージ２，３（図１９）とを有していてよく、又は第三のデバイスは、第一の数Ｎ個の分離ステージ２と、第二の、より低い数Ｍ個の増幅ステージ３とを有していてよい。
【０１７８】
第一のディスプレイ積層体
図２４は、第一の積層体８２を示した図である。
【０１７９】
図２４を参照すると、第一の積層体８２は、第一及び第二の方向ｘ，ｙにおいて延在していて、厚み方向ｚに関して上下に反対を向いた面を有する透明基板であるカバーレンズ４６を含んでいる。第一の積層体８２はまた、第一及び第二の方向ｘ，ｙにおいて延在していて、厚み方向ｚに関して上下に反対を向いた面を有する第一の誘電体層８３を含んでいる。第一の方向ｘにおいて延在していて、第二の方向ｙにおいて離間している導電性領域の組の形態をした第二の感知電極３１が、第一の誘電体層８３の上面に配置されている。第一の誘電体層８３の上面は、カバーレンズ４６の下面に接着されている。
【０１８０】
第一の積層体８２はまた、第一及び第二の方向ｘ，ｙにおいて延在していて、厚み方向ｚに関して上下に反対を向いた面を有する第二の誘電体層８４を含んでいる。第二の方向ｙにおいて延在していて、第一の方向ｘにおいて離間している導電性領域の組の形態をした第一の感知電極１０が、第二の誘電体層８４の上面に配置されている。第二の誘電体層８４の上面は、第一の誘電体層８３の下面に接着されている。
【０１８１】
第一の積層体８２はまた、第一及び第二の方向ｘ，ｙにおいて延在していて、厚み方向ｚに関して上下に反対を向いた面を有する圧電材料１２の層を含んでいる。導電材料領域の形態をした共通電極１１は、組み立てられたときに共通電極１１が各第一及び第二の感知電極１０，３１の領域と少なくとも部分的に重なるように、圧電材料１２の層の下面に配置されている。圧電材料１２の層の上面は、第二の誘電体層８４の下面に接着されている。
【０１８２】
第一のディスプレイ積層体８２は、電子デバイス３５（図３）のディスプレイ４２の上に重なって接着されていてよい。第一のディスプレイ積層体８２の各要素は、厚み方向ｚにおいて、ディスプレイ４２からカバーレンズ４６に至るまで積み重ねられている。層構造７は、第二の誘電体層８４と圧電材料１２の層とを含んでおり、第二の層構造２８は、第一の誘電体層８３を含んでいる。
【０１８３】
カバーレンズ４６は、ガラス又はＰＥＴ又は任意の他の実質的に透明な材料で作られている。カバーレンズ４６は、約２０ｍｍまでの厚さであってよく、少なくとも０.０５ｍｍの厚さであってよい。カバーレンズ４６は、約２ｍｍまでの厚さであって、少なくとも０.０５ｍｍの厚さであるのが好ましい。圧電材料１２の層は、ＰＶＤＦ又は任意の他の実質的に透明な圧電材料で作られている。第一の積層体８２を組み立てる前に、圧電材料１２の層は分極されていてよい。あるいは、圧電材料１２の層は、第一の８２を組み立てた後に分極されてもよい。圧電材料１２の層は、約１１０μｍまでの厚さであってよく、少なくとも０.５μｍ又は少なくとも１μｍの厚さであってよい。共通電極１１と第一及び／又は第二の感知電極１０，３１とは、分極場を生成するために使用されうる。誘電体層８３，８４は、ＰＥＴ又は任意の他の実質的に透明なポリマーであってよい。誘電体層８３，８４は、１０μｍ〜１００μｍの厚さ、例えば約２０〜２５μｍの厚さであってよい。誘電体層８３，８４は、約１０〜１００μｍの厚さの範囲内にあるのが好ましい。電極１０，１１，３１を提供する導電性領域は、ＩＴＯ、ＩＺＯ又は任意の他の実質的に透明な導電性材料であってよい。電極１０，１１，３１を提供する導電性領域は、リソグラフィ、印刷、又は他の適切な方法を用いて、誘電体層８３，８４及び／又は圧電材料１２の層に適用されてもよい。第一、第二及び第三の電極１０，１１，３１を提供する導電性領域の形状は、例えば第一又は第二のタッチパネル３６，５３のいずれかに関連して説明した任意の適切な電極形状であってよい。電極を提供する導電性領域のシート抵抗は、１〜３００Ω／ ｓｑであってよい。シート抵抗は１０Ω／ ｓｑ以下であってよい。個々の感知電極１０，３１及び接続トレースの抵抗は、最大５ｋΩ又は最大１０ｋΩであってよい。
【０１８４】
第一のディスプレイ積層体の各要素は、結果として層８３，８４，１２と同じ順番となる、他の任意の順序で、一緒に接着されていてよい。特に、第一及び第二の誘電体層８３，８４と圧電材料１２の層は、カバーレンズ４６と接着される前に連続的なロールツーロール製造方法を用いて一緒に接着されていてよい。カバーレンズ４６が可撓性材料である場合、第一のディスプレイ積層体８２は、連続的なロールツーロール法を用いて完全に製造されうる。
【０１８５】
第一のディスプレイ積層体８２は、圧電材料１２の層上に配置された電極１０，１１，３１又は圧電材料１２の層の複雑なパターニングを要しない。これにより、第一のディスプレイ積層体の製造が、電極の複雑な多段階及び／又は二重のパターニングを避けることを可能にする。結果として、第一のディスプレイ積層体８２の製造が、迅速で、効率的で、かつ安価となりうる。
【０１８６】
第二のディスプレイ積層体
図２５は、第二のディスプレイ積層体８５を示した図である。
【０１８７】
図２５も参照すると、第二のディスプレイ積層体８５は、第二のディスプレイ積層体８５の要素が、第一及び第二の方向ｘ，ｙにおいて延在している感圧接着剤（ＰＳＡ）材料８６の層を使用して互いに接着されている点を除けば、第一のディスプレイ積層体８２と同じである。例えばカバーレンズ４６と第一の誘電体層８３とは、カバーレンズ４６の下面が第一の誘電体層８３の上面と対向していて、ＰＳＡ８６の層によって分離されるように配置されている。厚み方向ｚに加わる圧力は、カバーレンズ４６と第一の誘電体層８３とを互いに接着させる。ＰＳＡ材料８６の層は、第一と第二の誘電体層８３，８４を接着させ、第二の誘電体層８４と圧電材料１２の層とを接着させ、第二の積層体８５をディスプレイ４２の上に重ねて接着させるのに同じように使用される。ＰＳＡ材料８６の層は、１０〜５０μｍの厚さであってよい。ＰＳＡ材料８６の層は２５μｍの厚さであるのが好ましい。
【０１８８】
第二のディスプレイ積層体８５の各要素は、厚み方向ｚにおいて、ディスプレイ４２からカバーレンズ４６に至るまで積み重ねられている。層構造７は、第二の誘電体層８４と、圧電材料１２の層と、ＰＳＡ材料８６の層とを含んでいる。第二の層構造２８は、第一の誘電体層８３とＰＳＡ材料８６の層とを含んでいる。
【０１８９】
第三のディスプレイ積層体
図２６は、第三のディスプレイ積層体８７を示した図である。
【０１９０】
図２６も参照すると、第三のディスプレイ積層体８７は、第一及び第二の方向ｘ，ｙにおいて延在していて、厚み方向ｚに関して上下に反対を向いた面を有する透明基板であるカバーレンズ４６を含んでいる。第一の誘電体層８３は、第一及び第二の方向ｘ，ｙにおいて延在していて、厚み方向ｚに関して上下に反対を向いた面を有している。第一の方向ｘにおいて延在していて、第二の方向ｙにおいて離間している導電性領域の組の形態をした第二の感知電極３１は、第一の誘電体層８３の上面に配置されている。第一の誘電体層８３の上面は、ＰＳＡ材料８６の層を用いてカバーレンズ４６の下面に接着されている。
【０１９１】
第三のディスプレイ積層体８７はまた、第一及び第二の方向ｘ，ｙにおいて延在していて、厚み方向ｚに関して上下に反対を向いた面を有する圧電材料１２の層を含んでいる。第二の方向ｙにおいて延在していて、第一の方向ｘにおいて離間している導電性領域の形態をした第一の感知電極１０は、圧電材料１２の層の上面に配置されている。導電材料領域の形態をした共通電極１１は、組み立てられたときに共通電極１１が第一及び第二の感知電極１０，３１のそれぞれと少なくとも部分的に重なるように、圧電材料１２の層の下面に配置されている。圧電材料１２の層の上面は、ＰＳＡ材料８６の層を用いて第一の誘電体層８３の下面に接着されていてよい。
【０１９２】
第三のディスプレイ積層体８７は、ＰＳＡ材料８６の層を用いてディスプレイ４２の上に重ねて接着されていてよい。
【０１９３】
第三のディスプレイ積層体８７の各要素は、厚み方向ｚにおいて、ディスプレイ４２からカバーレンズ４６に至るまで積み重ねられている。層構造７は、圧電材料１２の層を含んでいる。第二の層構造２８は、第一の誘電体層８３とＰＳＡ材料８６の層とを含んでいる。
【０１９４】
第四のディスプレイ積層体
図２７は、第四のディスプレイ積層体８８を示した図である。
【０１９５】
図２７も参照すると、第四のディスプレイ積層体８８は、第一及び第二の方向ｘ，ｙにおいて延在していて、厚み方向ｚに関して上下に反対を向いた面を有する透明基板であるカバーレンズ４６を含んでいる。第四のディスプレイ積層体８８はまた、第一及び第二の方向ｘ，ｙにおいて延在していて、厚み方向ｚに関して上下に反対を向いた面を有する第一の誘電体層８３を含んでいる。第一の方向ｘにおいて延在していて、第二の方向ｙにおいて離間している導電性領域の組の形態をした第二の感知電極３１は、第一の誘電体層８３の上面に配置されている。第一の誘電体層８３の上面は、ＰＳＡ材料８６の層を用いてカバーレンズ４６の下面に接着されている。
【０１９６】
第四のディスプレイ積層体８８はまた、第一及び第二の方向ｘ，ｙにおいて延在していて、上下に反対を向いた面を有する第二の誘電体層８４を含んでいる。第二の方向ｙにおいて延在していて、第一の方向ｘにおいて離間している導電性領域の組の形態をした第一の感知電極１０は、第二の誘電体層８４の上面に配置されている。第二の誘電体層８４の上面は、ＰＳＡ材料８６の層を用いて第一の誘電体層８３の下面に接着されている。
【０１９７】
第四のディスプレイ積層体８８はまた、第一及び第二の方向ｘ，ｙにおいて延在していて、上下に反対を向いた面を有する圧電材料１２の層を含んでいる。圧電材料１２の層の上面は、ＰＳＡ材料８６の層を用いて第二の誘電層８４の下面に接着されている。
【０１９８】
第四のディスプレイ積層体８８はまた、第一及び第二の方向ｘ，ｙにおいて延在していて、厚み方向ｚに関して上下に反対を向いた面を有する第三の誘電体層８９を含んでいる。導電材料領域の形態をした共通電極１１は、組み立てられたときに共通電極１１が第一及び第二の感知電極１０，３１のそれぞれと少なくとも部分的に重なるように、第三の誘電体層８９の上面に配置されている。第三の誘電体層８９は、第一又は第二の誘電体層８３，８４と実質的に同じである。第三の誘電体層８９の上面は、ＰＳＡ材料８６の層を用いて圧電材料１２の層の下面に接着されている。
【０１９９】
第四のディスプレイ積層体８８は、電子デバイス３５（図３）のディスプレイ４２の上に重ねて接着されていてよい。第四のディスプレイ積層体８８の各要素は、厚み方向ｚにおいて、ディスプレイ４２からカバーレンズ４６に至るまで積み重ねられている。層構造７は、第二の誘電体層８４と、圧電材料１２の層と、２つのＰＳＡ材料８６の層とを含んでいる。第二の層構造２８は、第一の誘電体層８３と圧電材料８６の層とを含んでいる。
【０２００】
このようにして、第四のディスプレイ積層体８８の圧電材料１０の層は、その上に配置された電極を１つも有していない。このことは、圧電材料１２の層上に電極を堆積させるための処理ステップを要しないため、第四の積層体８８の製造を単純化する。圧電材料１２の層がＰＶＤＦである場合、第四の積層体８８は、パターニングされたＩＴＯ電極、例えば第一及び第二の誘電体層８３，８４と、パターニングされていないＩＴＯ電極、例えば第三の誘電体層８９とを有するＰＥＴ層の間に圧電材料１２の層を提供するＰＶＤＦ膜を挟むことにより製造することができる。このようにして、通常の投影型静電容量式タッチパネルの製造方法は、圧力と静電容量とを組み合わせたタッチパネルの製造を可能にするために、迅速かつ容易に適用されうる。
【０２０１】
第五のディスプレイ積層体
図２８は、第五のディスプレイ積層体９０を示した図である。
【０２０２】
図２８も参照すると、第五のディスプレイ積層体８８は、第一及び第二の方向ｘ，ｙにおいて延在していて、厚み方向ｚに関して上下に反対を向いた面を有する透明基板であるカバーレンズ４６を含んでいる。第五のディスプレイ積層体８８はまた、第一及び第二の方向ｘ，ｙにおいて延在していて、厚み方向ｚに関して上下に反対を向いた面を有する第四の誘電体層９１を含んでいる。第一の方向ｘにおいて延在していて、第二の方向ｙにおいて離間している導電性領域の組の形態をした第二の感知電極３１は、第四の誘電体層９１の上面に配置されている。第二の方向ｙにおいて延在していて、第一の方向ｘにおいて離間している導電性領域の組の形態をした第一の感知電極１０は、第四の誘電体層９１の下面に配置されている。第四の誘電体層９１の上面は、ＰＳＡ材料８６の層を用いてカバーレンズ４６の下面に接着されている。第四の誘電体層９１は、第一、第二又は第三の誘電体層８３，８４，８９と実質的に同じである。
【０２０３】
第五のディスプレイ積層体８８はまた、第一及び第二の方向ｘ，ｙにおいて延在していて、上下に反対を向いた面を有する圧電材料１２の層を含んでいる。導電材料領域の形態をした共通電極１１は、組み立てられたときに共通電極１１が第一及び第二の感知電極１０，３１のそれぞれと少なくとも部分的に重なるように、圧電材料１２の層の下面に配置されている。圧電材料１２の層の上面は、ＰＳＡ材料８６の層を用いて第四の誘電体層９１の下面に接着されている。
【０２０４】
第五のディスプレイ積層体９０は、ＰＳＡ材料８６の層を用いて、電子デバイス３５（図３）のディスプレイ４２の上に重ねて接着されていてよい。第五のディスプレイ積層体９０の各要素は、厚み方向ｚにおいて、ディスプレイ４２からカバーレンズ４６に至るまで積み重ねられている。層構造７は、圧電材料１２の層とＰＳＡ材料８６の層とを含んでいる。第二の層構造２８は、第四の誘電体層９１を含んでいる。
【０２０５】
共通電極１１は、必ずしも圧電材料１２の層上に配置されている必要はない。代わりに、第五のディスプレイ積層体９０は、第三の誘電体層８９を含んでいてよく、この第三の誘電体層８９の上面は、ＰＳＡ材料８６の層を用いて圧電材料１２の層の下面に接着されている。
【０２０６】
第六のディスプレイ積層体
図９は第六のディスプレイ積層体９２を示した図である。
【０２０７】
図２９も参照すると、第六のディスプレイ積層体９２は、第一及び第二の方向ｘ，ｙにおいて延在していて、厚み方向に対して上下に反対を向いた面を有する透明基板であるカバーレンズ４６を含んでいる。第六のディスプレイ積層体９２はまた、第一及び第二の方向ｘ，ｙにおいて延在していて、厚み方向ｚに関して上下に反対を向いた面を有する第五の誘電体層９３を含んでいる。第一の方向ｘにおいて延在していて、第二の方向ｙにおいて離間している導電性領域の組の形態をした第二の感知電極２６は、第五の誘電体層９３の上面に配置されている。第二の方向ｙにおいて延在していて、第一の方向ｘにおいて離間している導電性領域の組の形態をした第一の感知電極１０は、第五の誘電体層９３の上面に配置されている。第五の誘電体層９３の上面は、ＰＳＡ材料８６の層を用いてカバーレンズ４６の下面に接着されている。第五の誘電体層９３は、第一、第二、第三又は第四の誘電体層８３，８４，８９，９１と実質的に同じである。各第一の感知電極１０は連続的な導電性領域であり、各第二の感知電極３１は、ジャンパ１００によって接続された多数の別個の導電性領域から構成されている。各ジャンパは、第一の感知電極１０に属する導電性領域の一部にまたがっている。第一及び第二の感知電極１０，３１は、第三のタッチパネル５８の第一及び第二の感知電極１０，３１と実質的に同じであってよい。
【０２０８】
第六のディスプレイ積層体９２はまた、第一及び第二の方向ｘ，ｙにおいて延在していて、厚み方向ｚに関して上下反対を向いた面を有する圧電材料１２の層を含んでいる。導電材料領域の形態をした共通電極１１は、組み立てられたときに共通電極１１が第一及び第二の感知電極１０，３１のそれぞれと少なくとも部分的に重なるように圧電材料１２の層の下面に配置されている。圧電材料１２の層の上面は、ＰＳＡ材料８６の層を用いて第五の誘電体層９３の下面に接着されている。
【０２０９】
第六のディスプレイ積層体９２は、ＰＳＡ材料８８の層を用いて電子デバイス３５（図３）のディスプレイ４２の上に重ねて接着されていてよい。第六のディスプレイ積層体９２の各要素は、厚み方向ｚにおいて、ディスプレイ４２からカバーレンズ４６に至るまで積み重ねられている。層構造７は、圧電材料１２の層と、ＰＳＡ材料８６の層と、第五の誘電体層９３とを含んでいる。
【０２１０】
共通電極１１は、必ずしも圧電材料１２の層上に配置されている必要はない。代わりに、第六のディスプレイ積層体９２は、第三の誘電体層８９を含んでいてよく、この第三の誘電体層８９の上面は、ＰＳＡ材料８６の層を用いて圧電材料１２の層の下面に接着されている。
【０２１１】
第七のディスプレイ積層体
図３０は、第七のディスプレイ積層体９４を示した図である。
【０２１２】
図３０も参照すると、第七のディスプレイ積層体９４は、第一及び第二の方向ｘ，ｙにおいて延在していて、厚み方向ｚに対して上下に反対を向いた面を有する透明基板であるカバーレンズ４６を含んでいる。第一の方向ｘにおいて延在していて、第二の方向ｙにおいて離間している導電性領域の組の形態をした第二の感知電極３１は、カバーレンズ４６の下面に配置されている。
【０２１３】
第七のディスプレイ積層体９４はまた、第一及び第二の方向ｘ，ｙにおいて延在していて、厚み方向ｚに関して上下に反対を向いた面を有する第二の誘電体層８４を含んでいる。第二の方向ｙにおいて延在していて、第一の方向ｘにおいて離間している導電性領域の組の形態をした第一の感知電極１０は、第二の誘電体層８４の上面に配置されている。第二の誘電体層８４の上面は、ＰＳＡ材料８６の層を用いてカバーレンズ４６の下面に接着されている。
【０２１４】
第七のディスプレイ積層体９４はまた、第一及び第二の方向ｘ，ｙにおいて延在していて、厚み方向ｚに関して上下に反対を向いた面を有する圧電材料１２の層を含んでいる。導電材料領域の形態をした共通電極１１は、組み立てられたときに共通電極１１が第一及び第二の感知電極１０，３１のそれぞれと少なくとも部分的に重なるように、圧電材料１２の層の下面に配置されている。圧電材料１２の層の上面は、ＰＳＡ材料８６の層を用いて第二の誘電層８４の下面に接着されている。
【０２１５】
第七のディスプレイ積層体９４は、ＰＳＡ材料８６の層を用いて電子デバイス３５（図３）のディスプレイ４２の上に重ねて接着されていてよい。第七のディスプレイ積層体９４の各要素は、厚み方向ｚにおいて、ディスプレイ４２からカバーレンズ４６に至るまで積み重ねられている。層構造７は、圧電材料１２の層と、ＰＳＡ材料８６の層と、第二の誘電体層８４とを含んでいる。第二の層構造２８は、ＰＳＡ材料８６の層を含んでいる。
【０２１６】
共通電極１１は、必ずしも圧電材料１２の層上に配置されている必要はない。代わりに、第七のディスプレイ積層体９４は、第三の誘電体層８９を含んでいてよく、この第三の誘電体層８９の上面は、ＰＳＡ材料８６の層を用いて圧電材料１２の層の下面に接着されている。
【０２１７】
第八のディスプレイ積層体
図３２は、第八のディスプレイ積層体９５を示した図である。
【０２１８】
図３２も参照すると、第八のディスプレイ積層体９５は、第一及び第二の方向ｘ，ｙにおいて延在していて、厚み方向ｚに関して上下に反対を向いた面を有する透明基板であるカバーレンズ４６を含んでいる。第一の方向ｘにおいて延在していて、第二の方向ｙにおいて離間している導電性領域の組の形態をした第二の感知電極３１は、カバーレンズ４６の下面に配置されている。第二の方向ｙにおいて延在していて、第一の方向ｘにおいて離間している導電性領域の組の形態をした第一の感知電極１０は、カバーレンズ４６の下面に配置されている。各第一の感知電極１０は連続的な導電性領域であり、各第二の感知電極３１は、ジャンパ１００によって接続された多数の別個の導電性領域から構成されている。各ジャンパは、第一の感知電極１０に属する導電性領域の一部にまたがっている。第一及び第二の感知電極１０，３１は、第三のタッチパネル５８の第一及び第二の感知電極１０，３１と実質的に同じであってよい。
【０２１９】
第八のディスプレイ積層体９５はまた、第一及び第二の方向ｘ，ｙにおいて延在していて、厚み方向に対して上下に反対を向いた面を有する圧電材料１２の層を含んでいる。圧電材料１２の層の上面は、ＰＳＡ材料８６の層を用いてカバーレンズ４６の下面に接着されている。
【０２２０】
第八のディスプレイ積層体９５はまた、第一及び第二の方向ｘ，ｙにおいて延在していて、上下に反対を向いた面を有する第三の誘電体層８９を含んでいる。導電材料領域の形態をした共通電極１１は、組み立てられたときに共通電極１１が第一及び第二の感知電極１０，３１のそれぞれと少なくとも部分的に重なるように、第三の誘電体層８９の上面に配置されている。第三の誘電体層８９の上面は、ＰＳＡ材料８６の層を用いて圧電材料１２の層の下面に接着されている。
【０２２１】
第八のディスプレイ積層体９５は、ＰＳＡ材料８６の層を用いて、電子デバイス３５（図３）のディスプレイ４２の上に重ねて接着されていてよい。第八のディスプレイ積層体９５の各要素は、厚み方向ｚにおいて、ディスプレイ４２からカバーレンズ４６に至るまで積み重ねられている。層構造７は、圧電材料１２の層と２つのＰＳＡ材料８６の層とを含んでいる。
【０２２２】
第一の埋め込み積層体
第一〜第八のディスプレイ積層体８２，８５，８７，８８，９０，９２，９４，９５は、電子デバイス３５（図３）のディスプレイ４２の上に重なるように意図されている。しかしながら、静電容量測定と圧力測定とを組み合わせて実行する第三のデバイス４８と共に使用するためのタッチパネル３６，５３，５８は、代わりに、例えば、ＬＣＤディスプレイ、ＯＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、又は電気泳動ディスプレイなどのディスプレイ４２に組み込まれていてもよい。
【０２２３】
図３２は、第一の埋め込み積層体９６を示した図である。
【０２２４】
図３２も参照すると、第一の埋め込み積層体９６は、厚み方向において画素アレイ９７からカバーレンズ４６に至るまで積み重ねられた、ディスプレイ４２の画素アレイ９７と、カラーフィルタガラス９８と、第一及び第二の感知電極１０，３１と、層構造７と、パターニングされた共通電極６１と、偏光子９９と、カバーレンズ４６とを含んでいる。第一及び第二の感知電極１０，３１は、第三のタッチパネル５８と実質的に同じ方法で同一面上に配置されていてよい。
【０２２５】
このようにして、ＬＣＤディスプレイ内に埋め込まれた、静電容量センサと圧力センサとを組み合わせたタッチパネルを提供するために、第一の埋め込み積層体９６を第三のデバイス４８と共に使用することができる。これにより、ディスプレイ４２及びタッチパネルの全体の厚さを、ディスプレイ４２の上に重なるタッチパネルに比べて低減することができる。
【０２２６】
パターニングされた共通電極６１を使用することは、共通電極６１がユーザの指先及び／又は導電性スタイラスと第一及び第二の感知電極１０，３１との間の静電容量式結合を遮蔽することを防止する一助になりうる。
【０２２７】
第二の埋め込み積層体
図３３は、第二の埋め込み積層体１００を示した図である。
【０２２８】
図３３も参照すると、第二の埋め込み積層体１０１は、厚み方向において画素アレイ９７からカバーレンズ４６に至るまで積み重ねられた、ディスプレイ４２の画素アレイ９７と、カラーフィルタガラス９８と、第一及び第二の感知電極１０，３１と、偏光子９９と、層構造７と、パターニングされた共通電極６１と、カバーレンズ４６とを含んでいる。第一及び第二の感知電極１０，３１は、第三のタッチパネル５８と実質的に同じ方法で同一面上に配置されていてよい。
【０２２９】
第三の埋め込み積層体
図３４は、第三の埋め込み積層体１０１を示した図である。
【０２３０】
図３４も参照すると、第三の埋め込み積層体１０１は、厚み方向において画素アレイ９７からカバーレンズ４６に至るまで積み重ねられた、ディスプレイ４２の画素アレイ９７と、第二の感知電極３１と、カラーフィルタガラス９８と、第一の感知電極１０と、層構造７と、パターニングされた共通電極６１と、偏光子９９と、カバーレンズ４６とを含んでいる。第一及び第二の感知電極１０，３１は、第二の層構造２８によって分離される代わりに、カラーフィルタガラス９８の両側の面上に配置されている。
【０２３１】
第四の埋め込み積層体
図３５は、第四の埋め込み積層体１０２を示した図である。
【０２３２】
図３５も参照すると、第四の埋め込み積層体１０２は、厚み方向において画素アレイ１２０からカバーレンズ７７に至るまで積み重ねられた、ディスプレイ４２の画素アレイ９７と、第二の感知電極３１と、カラーフィルタガラス９８と、第一の感知電極１０と、偏光子９９と、層構造７と、パターニングされた共通電極６１と、カバーレンズ４６とを含んでいる。第一及び第二の感知電極１０，３１は、第二の層構造２８によって分離される代わりに、カラーフィルタガラス９８の両側の面上に配置されている。
【０２３３】
第五の埋め込み積層体
図３６は、第五の埋め込み積層体１０３を示した図である。
【０２３４】
図３６も参照すると、第五の埋め込み積層体１０３は、厚み方向において画素アレイ９７からカバーレンズ４６に至るまで積み重ねられた、ディスプレイ４２の画素アレイ９７と、第二の感知電極３１と、第二の層構造２８と、第一の感知電極１０と、カラーフィルタガラス９８と、層構造７と、パターニングされた共通電極６１と、偏光子９９と、カバーレンズ４６とを含んでいる。第一及び第二の感知電極１０，３１は、第二の誘電体層２８によって分離されている。
【０２３５】
第六の埋め込み積層体
図３７は、第六の埋め込み積層体１０４を示した図である。
【０２３６】
図３７も参照すると、第六の埋め込み積層体１０４は、厚み方向において画素アレイ９７からカバーレンズ４６に至るまで積み重ねられた、ディスプレイ４２の画素アレイ９７と、第二の感知電極３１と、第二の層構造２８と、第一の感知電極１０と、層構造７と、カラーフィルタガラス９８と、パターニングされた共通電極６１と、偏光子９９と、カバーレンズ４６とを含んでいる。第一及び第二の感知電極１０，３１は、第二の誘電体層２８によって分離されている。
【０２３７】
第七の埋め込み積層体
図３８は、第七の埋め込み積層体１０５を示した図である。
【０２３８】
図３８も参照すると、第七の埋め込み積層体１０５は、厚み方向において画素アレイ９７からカバーレンズ４６に至るまで積み重ねられた、ディスプレイ４２の画素アレイ９７と、第二の感知電極３１と、第二の層構造２８と、第一の感知電極１０と、層構造７と、パターニングされた共通電極６１と、カラーフィルタガラス９８と、偏光子９９と、カバーレンズ４６とを含んでいる。第一及び第二の感知電極１０，３１は、第二の誘電体層２８によって分離されている。
【０２３９】
第八の埋め込み積層体
図３９は、第八の埋め込み積層体１０６を示した図である。
【０２４０】
図３９も参照すると、第八の埋め込み積層体１０６は、厚み方向において画素アレイ９７からカバーレンズ４６に至るまで積み重ねられた、ディスプレイ４２の画素アレイ９７と、第二の感知電極３１と、第二の層構造２８と、第一の感知電極１０と、カラーフィルタガラス９８と、偏光子９９と、パターニングされた共通電極６１と、カバーレンズ４６とを含んでいる。第一及び第二の感知電極１０，３１は、第二の誘電体層２８によって分離されている。
【０２４１】
第一〜第八の埋め込み積層体９６，１００，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６において、第一及び第二の感知電極１０，３１とパターニングされた共通電極６１とは、厚み方向ｚに関して上方又は下方に配置された隣接する要素の表面上に配置されていてよい。あるいは、第一及び第二の感知電極１０，３１とパターニングされた共通電極６１とは、第一、第二、第三、第四、及び第五の誘電体層８３，８４，８９，９１，９３と同様の追加的な誘電体層の表面上に配置されていてもよい。パターニングされた共通電極６１は、ユーザの指先及び／又は導電性スタイラスと第一及び／又は第二の感知電極１０，３１との間の静電容量式結合が過度に遮られない限り、必ずしも使用される必要はなく、その代わりに、パターニングされていない共通電極１１が使用されてもよい。追加のＰＳＡ層８６は、第一〜第八の埋め込み積層体９６，１００，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６の１つ又は複数の層を接着するために使用されてもよい。
【０２４２】
変更
上述した実施形態に対して多くの変更がなされうることは理解されるであろう。そのような変更は、静電容量式タッチパネルの設計、製造及び使用において既に知られていて、本明細書ですでに説明した特徴の代わりに、又はそれに加えて使用されうる同等の、及び他の特徴を含みうる。一実施形態の特徴は、別の実施形態の特徴によって置き換えられるか、又は補足されうる。例えば、１つのディスプレイ積層体又は埋め込みディスプレイ積層体の特徴は、他のディスプレイ積層体及び／又は他の埋め込みディスプレイ積層体の特徴によって置換されるか又は補足されうる。
【０２４３】
第一及び第二の感知電極１０，３１が層構造７によって共通電極１１，６１から分離されているタッチパネルが記載されている。しかしながら、他の配置も可能である。図４０及び４１を参照すると、第五のタッチパネル１０７は、層構造７と、層構造７の第一の面８上に配置された複数の第一の感知電極１０と、層構造７の第二の面９上に配置された複数の第二の感知電極３１と、層構造７の第二の面９上に複数の分離された共通電極１０８の形態で配置された複数の共通電極１１とを含んでいる。
【０２４４】
第一の感知電極１０は、第一の方向ｘにおいて延在していて、第二の方向ｙにおいて離間している。第二の感知電極３１は、第二の方向ｙにおいて延在していて、第一の方向ｘにおいて離間している。分離された共通電極１０８は、第二の方向ｙにおいて延在していて、第一の方向ｘにおいて離間している。分離された共通電極１０８と第二の感知電極３１とは交互に配置されていて、互いに接触しない。分離された共通電極１０８と第二の感知電極３１とは、第五のタッチパネル１０７を異なる縁から出る導電トレース（図示せず）を用いて読み取られうる。各第一の感知電極１０は、第一の方向ｘにおいて等間隔で配置されていて、相対的に細いブリッジセグメント５５によって第一の方向ｘにおいて互いに接続された、いくつかのパッドセグメント５４の形態を取りうる。同様に、各第二の感知電極３１は、第二の方向ｙにおいて等間隔で配置されていて、相対的に細いブリッジセグメント５７によって第二の方向ｙにおいて互いに接続された、いくつかのパッドセグメント５６を含んでいてよい。第一の感知電極１０のパッドセグメント５４はひし形であってよい。第二の感知電極３１のパッドセグメント５６とブリッジセグメント５７とは、第一の感知電極１０と各々同じ形状と幅とを有していてよい。分離された各共通電極１０８は、第二の方向ｙにおいて等間隔で配置されていて、相対的に細いブリッジセグメント１１０によって第二の方向ｙにおいて互いに接続された、いくつかのパッドセグメント１０９を含んでいてよい。分離された共通電極１０８のパッドセグメント１０９とブリッジセグメント１１０とは、第一及び第二の感知電極１０，３１とそれぞれ同じ形状及び幅を有していてよい。あるいは、第一の感知電極１０のパッドセグメント５４は、分離された共通電極１０８のパッドセグメント１０９よりも大きくても小さくてもよい。
【０２４５】
第一の感知電極１０と第二の感知電極３１とは、第二の感知電極３１のブリッジセグメント５７が第一の感知電極１０のブリッジセグメント５５の上に重なるように配置されている。第一の感知電極１０と第二の感知電極３１とは、それぞれのパッドセグメント５４，５６が重ならないように配置されている。その代わりに、分離された共通電極１０８は、分離された共通電極１０８のパッドセグメント１０９が第一の感知電極８のパッドセグメント５４と重なるように配置されている。パッドセグメント５４，５６，１０９は、必ずしもひし形である必要はなく、代わりに円形であってもよい。パッドセグメント５４，５６，１０９は、三角形、正方形、五角形又は六角形などの正多角形であってよい。
【０２４６】
第五のタッチパネル１０７は、例えば、第一のタッチパネルシステム４７において、一対の第一及び第二の感知電極１０，３１間の相互静電容量を測定するために用いることができる。分離された共通電極１０８は、例えば外部トレース（図示せず）を用いて互いに接続されていてよく、各第一の感知電極１０と分離された共通電極１０８との間の圧力値を測定するために集合的に指定されていてよい。あるいは、分離された共通電極１０８は、第一の共通電極１０と分離された共通電極１０８の組を使用して圧力値を測定するために個々に指定可能であってよい。
【０２４７】
第一〜第八のディスプレイ積層体８２，８５，８７，８８，９０，９２，９４，９５，又は第一〜第八の埋め込み積層体９６，１００，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６は、例えば、分離された共通電極１０８と同じ表面上に第二の感知電極３１を配置するなどのように、第五のタッチパネル１０７又は第五のタッチパネル１０７の要素を組み込むように構成されていてよい。分離された共通電極１０８は、必ずしも第二の感知電極３１と同じ表面上に配置されている必要はなく、代わりに、層構造７の第一の感知電極１０と同じ表面上に配置されていてもよい。
【０２４８】
タッチパネル及び積層体は、一般に平面であると記載されている。しかしながら、タッチパネルと積層体とは、必ずしも平面又は平坦である必要はなく、ユーザインタラクションのために湾曲してもよく、又は他の非平面の表面を提供してもよい。タッチパネルと積層体とは、湾曲したディスプレイの上に重ねて設けられるか、又は湾曲したディスプレイ内に埋め込まれて提供されてもよい。
【０２４９】
圧力信号処理モジュール６と、静電容量式タッチコントローラ５及び／又は処理装置３７とは、圧力値２４及び／又は静電容量値２３の信号対雑音比を改善するために相関二重サンプリング法を使用してよい。圧力信号処理モジュール６と、静電容量式タッチコントローラ５及び／又は処理装置３７とは、圧力値２４及び／又は静電容量値２３を画像データとして処理してもよい。
【０２５０】
タッチセンサ４，２６とタッチパネル３６，５３，５８，８０とは、一般的に直交系を構成する第一、第二、及び第三（厚さ）の方向ｘ，ｙ，ｚとの関係において説明されている。しかしながら、第一の方向と第二の方向とは必ずしも垂直である必要はなく、一般に１°〜９０°の間の任意の角度で交差してもよい。第一及び第二の方向の交差は９０°、６０°、４５°又は３０°であることが好ましい。
【０２５１】
特許請求の範囲は、本出願では特徴の特定の組み合わせに関して考案がなされているが、本発明の開示の範囲は、明示的又は暗示的に、又はそれらのいずれかの一般化としてここに開示されたいかなる新規な特徴又はいかなる新規な特徴の組み合わせも、ここで保護を請求しているいかなる請求項におけるのと同様の発明に関するか否かに関わらず、またそれが、本発明が行うのと同様の技術的問題のいずれか又は全てを緩和するか否かに関わらず、本発明の範囲内であるということが理解されなければならない。出願人は、本願又はそこから由来するいかなる更なる出願の審査の間にも、そのような特徴及び／又はそのような特徴の組み合わせについて新しい請求項が考案されうることをここに予告する。
【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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【図１２】
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【図１３Ａ−１３Ｆ】
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【図１４Ａ−１４Ｆ】
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【図１４Ｇ−１４Ｉ】
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【図１５】
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【図１６Ａ−１６Ｆ】
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【図１７Ａ−１７Ｆ】
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【図１８Ａ−１８Ｆ】
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【図１９】
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【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】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【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】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【国際調査報告】
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