特開 2018-173696 感圧機能付きタッチセンサ装置及び情報処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2018-173696(P2018-173696A)

(43)【公開日】2018年11月8日

(54)【発明の名称】感圧機能付きタッチセンサ装置及び情報処理装置

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/041 20060101AFI20181012BHJP

   G06F 3/044 20060101ALI20181012BHJP

【ＦＩ】

   G06F3/041 512

   G06F3/044 140

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2017-69685(P2017-69685)

(22)【出願日】2017年3月31日

(71)【出願人】

【識別番号】000108410

【氏名又は名称】デクセリアルズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000925

【氏名又は名称】特許業務法人信友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】兼平 浩紀

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 克則

(72)【発明者】

【氏名】赤間 博

(72)【発明者】

【氏名】川又 和人

(57)【要約】

【課題】従来、操作性の高い感圧機能付きタッチセンサ装置が提供されていなかった。
【解決手段】感圧機能付きタッチセンサ装置は、第１導電性基板と、第１導電性基板から離して対向配置される第２導電性基板と、第１導電性基板及び第２導電性基板に接続され、第１導電性基板又は第２導電性基板の少なくとも一方により指示媒体が第２導電性基板にタッチしたタッチ位置を、第１導電性基板又は第２導電性基板の少なくとも一方により検出し、かつ、第１導電性基板及び第２導電性基板との間の距離が変化することによる第１導電性基板及び第２導電性基板の静電容量の変化に基づいて指示媒体による押圧力を検出する検出部と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１導電性基板と、
前記第１導電性基板から離して対向配置される第２導電性基板と、
前記第１導電性基板及び前記第２導電性基板に接続され、指示媒体が前記第２導電性基板にタッチしたタッチ位置を、前記第１導電性基板又は前記第２導電性基板の少なくとも一方により検出し、かつ、前記第１導電性基板及び前記第２導電性基板との間の距離が変化することによる前記第１導電性基板及び前記第２導電性基板の静電容量の変化に基づいて前記指示媒体による押圧力を検出する検出部と、を備えた
感圧機能付きタッチセンサ装置。

【請求項2】

前記検出部は、
前記第１導電性基板及び前記第２導電性基板の間の前記静電容量の変化を検出する投影容量方式と、前記第１導電性基板又は前記第２導電性基板の前記静電容量の変化を検出する自己容量方式とを切替え、
前記押圧力が加わっていない状態で前記指示媒体が前記第２導電性基板にタッチすることによる前記投影容量方式の基準値に対する前記静電容量の変化を、前記自己容量方式により検出した場合に、前記指示媒体が前記第２導電性基板にタッチしている間、前記投影容量方式により検出した前記静電容量が変化した値を新たな基準値として設定し、前記新たな基準値に対する前記静電容量の変化に基づいて前記押圧力を検出する
請求項１に記載の感圧機能付きタッチセンサ装置。

【請求項3】

前記第１導電性基板は、第１電極を備え、
前記第２導電性基板は、前記第１電極に交差する第２電極を備える
請求項１又は２に記載の感圧機能付きタッチセンサ装置。

【請求項4】

前記第１電極及び前記第２電極は、透明導電膜、メタルメッシュ、金属ナノワイヤ、カーボン・ナノチューブのいずれかにより形成される
請求項３に記載の感圧機能付きタッチセンサ装置。

【請求項5】

さらに、前記第１導電性基板と前記第２導電性基板との間隔を維持するための間隔維持部材を備える
請求項１〜４のいずれか一項に記載の感圧機能付きタッチセンサ装置。

【請求項6】

前記間隔維持部材は、前記第１導電性基板と前記第２導電性基板の端に配置され、剛性を有するスペーサ、又は弾性を有する弾性体である
請求項５に記載の感圧機能付きタッチセンサ装置。

【請求項7】

前記間隔維持部材は、前記第１導電性基板と前記第２導電性基板の全面に配置され、可撓性を有する樹脂部材である
請求項５に記載の感圧機能付きタッチセンサ装置。

【請求項8】

さらに、前記第１導電性基板と前記第２導電性基板の全面に所定間隔で配置されるドットスペーサを備え、
前記検出部は、前記第１導電性基板と前記第２導電性基板の距離が、前記ドットスペーサにより維持された前記第１導電性基板と前記第２導電性基板の距離よりも短くなった複数の箇所が押圧されたことを前記箇所毎に検出する
請求項５〜７のいずれか一項に記載の感圧機能付きタッチセンサ装置。

【請求項9】

さらに、前記第１導電性基板の少なくとも一方の面、及び前記第２導電性基板の少なくとも一方の面に、外部から入射する光の反射を防止する反射防止部材を備える
請求項１〜８のいずれか一項に記載の感圧機能付きタッチセンサ装置。

【請求項10】

前記反射防止部材は、微細構造体、薄膜、又は偏光機能部のいずれかである
請求項９に記載の感圧機能付きタッチセンサ装置。

【請求項11】

前記検出部から入力する検出信号に基づいて所定の処理を行う信号処理部を備える
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の感圧機能付きタッチセンサ装置。

【請求項12】

感圧機能付きタッチセンサ装置と、表示装置と、を備え、
前記感圧機能付きタッチセンサ装置は、
第１導電性基板と、
前記第１導電性基板から離して対向配置される第２導電性基板と、
前記第１導電性基板及び前記第２導電性基板に接続され、指示媒体が前記第２導電性基板にタッチしたタッチ位置を、前記第１導電性基板又は前記第２導電性基板の少なくとも一方により検出し、かつ、前記第１導電性基板及び前記第２導電性基板との間の距離が変化することによる前記第１導電性基板及び前記第２導電性基板の静電容量の変化に基づいて前記指示媒体による押圧力を検出する検出部と、を備え、
前記表示装置は、前記検出部が検出した前記タッチ位置、及び前記押圧力の変化に応じた画像を表示する
情報処理装置。

【請求項13】

さらに、前記検出部から入力する検出信号に基づいて所定の処理を行う信号処理部を備え、
前記信号処理部が、前記表示装置に表示する前記画像の制御を行う
請求項１２に記載の情報処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、感圧機能付きタッチセンサ装置及び情報処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、携帯電話に代表される携帯型の情報処理装置の多機能化が進められており、筐体に設けられた表示部をユーザーインターフェースとして機能させる構成が提案されている。

【0003】

例えば特許文献１には、静電容量の変化を監視するだけで、指示媒体による指示位置を検出することができると共に、当該指示位置に加えられた押圧力を検出することを可能とした静電容量方式の位置検出センサについて開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３−２０３７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、特許文献１に開示された位置検出センサには、フロントパネルの指示位置及び押圧力を検出するための検出回路が設けられている。しかし、特許文献１に開示された位置検出センサは、指示媒体により入力操作面を押込まなくては、指示位置及び押圧力を検出することができない。また、入力操作面を押込んだ状態を維持したまま操作を行うことは難しく、操作ミスを誘発しやすかった。

【0006】

また、従来、タッチセンサ装置に感圧機能を持たせるためには、タッチ位置を検出する検出回路とは別に、入力操作面が押圧されたことを検出可能な専用の検出回路を設ける必要があり、製造コストが上昇する要因となっていた。また、感圧センサ電極や配線等をタッチパネル装置の額縁に設けると、額縁部分の面積、幅、高さ等が増加するため、タッチセンサ装置を小型化することができなかった。

【0007】

本発明はこのような状況に鑑みて成されたものであり、感圧機能とタッチ位置の検出機能とを簡易な構成で両立することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係る感圧機能付きタッチセンサ装置は、第１導電性基板と、第１導電性基板から離して対向配置される第２導電性基板と、第１導電性基板及び第２導電性基板に接続され、指示媒体が第２導電性基板にタッチしたタッチ位置を、第１導電性基板又は第２導電性基板の少なくとも一方により検出し、かつ、第１導電性基板及び第２導電性基板との間の距離が変化することによる第１導電性基板及び第２導電性基板の静電容量の変化に基づいて指示媒体による押圧力を検出する検出部と、を備える。
また、本発明に係る情報処理装置は、上述したタッチセンサ装置に加え、検出部が検出したタッチ位置、及び押圧力の変化に応じた画像を表示する表示装置を備える。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、第１導電性基板及び第２導電性基板の静電容量の変化に基づいて、タッチ位置と押圧力を検出することが可能である。第１導電性基板及び第２導電性基板は、タッチセンサ装置の全面に配置してよく、従来のタッチセンサ装置の構成を踏襲することができ、タッチセンサ装置の構成を簡易化することができる。また、第１導電性基板及び第２導電性基板をタッチセンサ装置の全面に配置することにより、タッチセンサ装置の額縁に感圧センサ装置を設置するためのスペース等を設ける必要がなく、タッチセンサ装置を小型化することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の第１の実施の形態に係るタッチセンサ装置の基本構成例を示す説明図である。

【図2】本発明の第１の実施の形態に係るタッチセンサ装置の動作例を示す説明図である。

【図3】本発明の第１の実施の形態に係るタッチセンサ装置の動作方式の例を示す説明図である。

【図4】本発明の第１の実施の形態に係る下部電極及び上部電極との間にドットスペーサを設けたタッチセンサ装置の構成例を示す説明図である。

【図5】本発明の第１の実施の形態に係るタッチセンサ装置の変形例を示す説明図である。

【図6】本発明の第１の実施の形態に係る偏光機能部を備えるタッチセンサ装置の構成例を示す説明図である。

【図7】本発明の第２の実施の形態に係るタッチパネル装置の概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明を実施するための形態例について、添付図面を参照して説明する。本明細書及び図面において、実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。

【0012】

［第１の実施の形態］
＜タッチセンサ装置の基本構成＞
始めに、本発明の第１の実施の形態に係るタッチセンサ装置の構成について説明する。
図１は、タッチセンサ装置１０の基本構成例を示す説明図である。図１の上側にはタッチセンサ装置１０全体の断面図を示し、図１の下側にはタッチセンサ装置１０の右端部分の拡大図を示す。タッチセンサ装置１０は、静電容量方式により入力操作面のタッチ位置を検出することが可能であり、さらにタッチセンサ装置１０の入力操作面が押圧されたことを検出する感圧機能を有しており、感圧機能付きタッチセンサ装置の一例として用いられる。

【0013】

タッチセンサ装置１０の最下部（図中のＺ方向の下側）に下部導電性基板１１（第１導電性基板の一例）が配置され、タッチセンサ装置１０の最上部（図中のＺ方向の上側）に可撓性を有する上部導電性基板１２（第２導電性基板の一例）が配置される。上部導電性基板１２は、下部導電性基板１１から離して対向配置される。下部導電性基板１１、上部導電性基板１２は、共にガラス、ポリカーボネー卜等の樹脂プレート又は樹脂フィルムにより矩形状に形成される。上部導電性基板１２の入力操作面は、ユーザーの指、又は絶縁性（非導電性）スタイラスペン等の指示媒体が直接触れて押圧される。

【0014】

従来の静電容量方式のタッチパネル装置を操作するには導電性スタイラスペンが必要であったため、このタッチパネル装置に感圧機能も持たせた場合にも導電性スタイラスペンを必要としていた。一方、本実施の形態に係るタッチセンサ装置１０では、導電性スタイラスペンだけでなく、絶縁性（非導電性）スタイラスペンを用いても押圧操作することが可能である。そして、このタッチセンサ装置１０を備えるタッチパネル装置３０（後述する図７を参照）においても絶縁性（非導電性）スタイラスペンを用いてタッチ操作することが可能となる。

【0015】

以下、指示媒体として、ユーザーの指が上部導電性基板１２をタッチし、押し込むものとする。上部導電性基板１２の上には、加飾、強度向上、耐久性向上を目的として、後述する図７に示すトッププレート３３が設けられることもある。この場合には、指がトッププレート３３を押込むときの押圧力が上部導電性基板１２に加わることで、上部導電性基板１２が押込まれる。

【0016】

下部導電性基板１１の上には下部電極１３（第１電極の一例）が配置され、上部導電性基板１２の下には、上部電極１４（第２電極の一例）が配置される。下部電極１３及び上部電極１４は、上部導電性基板１２の入力操作面に指が直接又は間接的にタッチしたときに、ＸＹ平面のタッチ位置を検出するためのＸ座標タッチ電極及びＹ座標タッチ電極として用いられる。このため、下部電極１３及び上部電極１４は、直線状、ダイヤモンド型等のタッチセンサ装置にて構成される一般的なタッチセンサ電極と同様に配置される。なお、下部電極１３及び上部電極１４は、互いに交差していれば、直交する構成でもよいし、直交しない構成でもよい。また、下部電極１３及び上部電極１４は、互いに接近したときに、上部導電性基板１２に押圧力が加わったことを検出するための感圧センサ電極としても用いられる。

【0017】

下部電極１３及び上部電極１４は、透明導電膜（例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide））、メタルメッシュ，金属ナノワイヤ（例えば、Ａｇ−ＮＷ（Nano Wire）），カーボン・ナノチューブ（Ｃ−ＮＴ：Carbon NanoTube）等のいずれかの導電部材によって構成される。下部電極１３は、下部導電性基板１１の上に直接形成してもよいし、下部導電性基板１１以外の他の基板に形成された後、下部導電性基板１１の上に貼り合わせてもよい。同様に上部電極１４は、上部導電性基板１２の下に直接形成してもよいし、上部導電性基板１２以外の他の基板に形成された後、上部導電性基板１２の下に貼り合わせてもよい。

【0018】

そして、下部電極１３及び上部電極１４間には、下部導電性基板１１と上部導電性基板１２との間隔を維持するためのスペーサ１５（間隔維持部材の一例）が配置される。スペーサ１５が配置される位置は、タッチセンサ装置１０の端の部分である。タッチセンサ装置１０がタッチパネル装置３０（図７参照）に内包して構成される場合には、スペーサ１５がタッチパネル装置３０の額縁に配置されるが、タッチパネル装置３０には、スペーサ１５を設置するための額縁のスペースを特に設けなくてもよい。スペーサ１５の上下面には不図示の接着剤等が塗布されており、下部電極１３及び上部電極１４の間に接着固定される。ただし、後述する図５に示すように下部電極１３及び上部電極１４が形成される範囲が下部導電性基板１１及び上部導電性基板１２よりも小さければ、スペーサ１５は下部導電性基板１１及び上部導電性基板１２の間に接着固定される。

【0019】

下部電極１３及び上部電極１４の間には、スペーサ１５と同じ高さの空間層１６が設けられる。空間層１６は、上部導電性基板１２が押し下げられたときに、下部電極１３及び上部電極１４が変形し、互いに近接しやすくするために設けられる。なお、後述する図２Ｃに示すように下部電極１３及び上部電極１４が変形しない場合には、スペーサ１５が変形することで下部電極１３及び上部電極１４が互いに近接しやすくするために空間層１６が設けられる。また、後述する図２Ｄに示すように下部電極１３及び上部電極１４、スペーサ１５のいずれもが変形する場合にも空間層１６が設けられる。空間層１６には、何も充填しなくてもよいが、上部導電性基板１２が押圧されたときに上部電極１４の変形を妨げないような液体や、柔軟性を有する透明樹脂等を充填してもよい。この場合、空間層１６に充填された液体又は透明樹脂等が、下部導電性基板１１と上部導電性基板１２の全面に配置され、可撓性を有する間隔維持部材の一例として用いられる。

【0020】

検出部１は、下部導電性基板１１が備える下部電極１３、及び上部導電性基板１２が備える上部電極１４に接続される。そして、検出部１は、指示媒体が第２導電性基板にタッチしたタッチ位置を、第１導電性基板又は第２導電性基板の少なくとも一方により検出し、かつ、第１導電性基板１１と第２導電性基板１２との間の距離が変化することによる第１導電性基板１１及び第２導電性基板１２の静電容量の変化に基づいて指示媒体による押圧力を検出する。静電容量方式には、投影容量方式（相互容量方式）と自己容量方式がある。本明細書において投影容量方式と相互容量方式は同じ意味で用いており、以下の説明では投影容量方式（相互容量方式）と記載する。そして、検出部１は、第１導電性基板１１及び第２導電性基板１２の間の静電容量の変化を検出する投影容量方式（相互容量方式）と、第１導電性基板１１又は第２導電性基板１２の静電容量の変化を検出する自己容量方式とを微小時間で切替える。このため、検出部１は、入力操作面がほとんど押圧されていなくても、従来の静電容量方式のタッチパネルと同様にタッチ位置を検出することが可能となる。また、検出部１は、複数の箇所が押圧された場合に、押圧された複数の箇所も検出することができる。検出部１は、ハードウェア又はファームウェアで構成される。検出部１は、静電容量の変化を検出すると、静電容量の変化に応じた検出信号を信号処理部２に出力する。

【0021】

信号処理部２は、検出部１から入力する検出信号に基づいて所定の処理を行う。例えば、信号処理部２が、タッチセンサ装置１０に接続された不図示の電子機器に対して制御信号を出力してもよい。検出部１及び信号処理部２は、図２以降のタッチセンサ装置１０にも接続されているが、図面の記載を簡略化するため、図２以降では、検出部１及び信号処理部２の図示を省略している。

【0022】

図２は、タッチセンサ装置１０の動作例を示す説明図である。上部導電性基板１２が押圧されたことにより、下部電極１３及び上部電極１４が近づくタッチセンサ装置１０にはいくつかの構成がある。
図２Ａには、上部導電性基板１２の入力操作面に指が接触しておらず、上部導電性基板１２が押圧されていない状態が示される。

【0023】

図２Ｂ〜図２Ｄには、指が上部導電性基板１２を押圧した状態が示される。
図２Ｂに示す上部導電性基板１２が可撓性を有し、スペーサ１５が剛性を有していれば、上部導電性基板１２が指で押された部分だけが距離ｄ１だけ下に変形する。そして、この部分の下部電極１３及び上部電極１４が近接して静電容量が変化するため、検出部１は、静電容量の変化を検出することができる。

【0024】

図２Ｃに示すタッチセンサ装置１０Ａは、タッチセンサ装置１０の可撓性を有する上部導電性基板１２を、剛性を有する上部導電性基板１２Ａに置き換え、剛性を有するスペーサ１５を、弾性を有するスペーサ１５Ａに置き換えたものである。この場合、押圧されたときに上部導電性基板１２Ａは変形しないため、上部導電性基板１２Ａにより弾性体であるスペーサ１５Ａが圧縮されて変形する。そして、上部導電性基板１２Ａが距離ｄ２だけ押し下げられ、下部電極１３及び上部電極１４が近接して静電容量が変化するため、検出部１は、静電容量の変化を検出することができる。

【0025】

図２Ｄに示すタッチセンサ装置１０Ｂは、タッチセンサ装置１０を構成する剛性を有するスペーサ１５を、弾性を有する弾性体１５Ａに置き換えたものである。この場合、押圧されたときに弾性体のスペーサ１５Ａが圧縮されて変形し、さらに、上部導電性基板１２が指で押された部分が下に変形することで、上部導電性基板１２が押された部分が距離ｄ３だけ押し下げられる。そして、下部電極１３及び上部電極１４が近接して静電容量が変化するため、検出部１は、静電容量の変化を検出することができる。

【0026】

＜タッチセンサ装置の動作方式＞
図３は、タッチセンサ装置の動作方式の例を示す説明図である。図３（１）には、従来の投影容量方式（相互容量方式）のタッチセンサ装置の動作例を示し、図３（２）には、従来の自己容量方式のタッチセンサ装置の動作例を示す。また、図３（３）には、本実施の形態のタッチセンサ装置１０の動作例を示す。ただし、図３（１）と図３（２）に示す従来のタッチセンサ装置は、通常、Ｘ座標タッチ電極に対してＹ座標タッチ電極が接近しないものであるが、ここでは、Ｘ座標タッチ電極に対してＹ座標タッチ電極が接近するものとして説明する。

【0027】

図３（１）に示す投影容量方式（相互容量方式）のタッチセンサ装置は、Ｘ座標タッチ電極及びＹ座標タッチ電極を備える。投影容量方式（相互容量方式）のタッチセンサ装置が備える検出部は、Ｘ座標タッチ電極及びＹ座標タッチ電極からの出力に基づいて複数の箇所がタッチされたこと（マルチタッチ）を検出する。一方、図３（２）に示すタッチセンサ装置が備える検出部は、自己容量方式により、１箇所がタッチされたこと（シングルタッチ）を検出する。

【0028】

ここで、対向する２つのＸ座標タッチ電極及びＹ座標タッチ電極間の静電容量は、次式（１）で算出することができる。

【0029】

Ｃ＝ε_０ε_ｒＳ／ｄ …（１）
Ｃ：静電容量、ε_０：真空の誘電率、ε_ｒ：Ｘ座標タッチ電極及びＹ座標タッチ電極間の比誘電率、Ｓ：Ｘ座標タッチ電極及びＹ座標タッチ電極の対向面積、ｄ：Ｘ座標タッチ電極及びＹ座標タッチ電極間の距離

【0030】

式（１）より、Ｘ座標タッチ電極及びＹ座標タッチ電極の対向面積が大きくなるほど、又はＸ座標タッチ電極及びＹ座標タッチ電極間の距離が短くなるほど、静電容量が増加することが示される。従来のタッチセンサ装置では、入力操作面が押圧され、２つの電極間の距離が短くなることで増加する静電容量に基づいて押圧されたことが検出されていた。

【0031】

図３（１）に示す投影容量方式（相互容量方式）の感圧センサ装置では、時刻ｔ０〜ｔ１にて入力操作面にタッチされていない状態（非タッチ）であれば、静電容量が基準値と同じである。しかし、時刻ｔ１〜ｔ２にてほぼ押圧力がない状態で入力操作面がタッチされると静電容量が減少する。これは、入力操作面にタッチされた指によりＸ座標タッチ電極及びＹ座標タッチ電極の電荷が移動するためである。そして、時刻ｔ２〜ｔ３にて入力操作面が押込まれ、押圧力がほぼ１Ｎになると、Ｘ座標タッチ電極及びＹ座標タッチ電極間の距離が短くなり、静電容量が増加する。さらに、時刻ｔ３〜ｔ４にて入力操作面が押込まれ、押圧力がほぼ５Ｎになると、Ｘ座標タッチ電極及びＹ座標タッチ電極間の距離も一層短くなり、静電容量が増加する。そして、時刻ｔ４にて入力操作面から指が離れると、入力操作面にタッチされていない状態となるため、静電容量が基準値に戻る。

【0032】

図３（２）に示す自己容量方式の感圧センサ装置では、時刻ｔ０〜ｔ１にて入力操作面にタッチされていない状態（非タッチ）であれば、静電容量が基準値と同じである。しかし、時刻ｔ１〜ｔ２にて入力操作面がタッチされると静電容量が増加する。これは、自己容量方式の感圧センサ装置を構成するＸ座標タッチ電極又はＹ座標タッチ電極のいずれかの電極又は特定の電位とで形成される容量素子と、ユーザーの指と電極とで形成される容量素子が並列であり、指が電極にタッチしたことにより、各容量素子の静電容量が加算されるためである。そして、時刻ｔ２〜ｔ３にて入力操作面が押込まれ、時刻ｔ３〜ｔ４にてさらに入力操作面が押込まれると、静電容量も増加する。そして、時刻ｔ４にて入力操作面から指が離れると、入力操作面にタッチされていない状態となるため、静電容量が基準値に戻る。

【0033】

ここで、投影容量方式（相互容量方式）の感圧センサ装置では、時刻ｔ２〜ｔ３の静電容量が基準値と同じである。このため、時刻ｔ２〜ｔ３では、入力操作面にタッチされていない状態であるか、入力操作面が押込まれた状態であるかを判断することができない。また、投影容量方式（相互容量方式）の感圧センサ装置は、Ｘ座標タッチ電極及びＹ座標タッチ電極間に基板等が挟み込まれているため、本来はＸ座標タッチ電極及びＹ座標タッチ電極間を接近させて、押圧力を検出することはできない構成である。また、自己容量方式の感圧センサ装置は、１箇所のタッチ位置しか検出することができず、マルチタッチに対応していない。

【0034】

そこで、本実施の形態のタッチセンサ装置１０の検出部１は、投影容量方式（相互容量方式）と自己容量方式を微小時間で切替える。このとき、検出部１は、押圧力が加わっていない状態で指が第２導電性基板１２にタッチすると（時刻ｔ１〜ｔ２）、元の基準値より低い新たな基準値を設定する。この新たな基準値は、図３（１）の投影容量方式（相互容量方式）により、時刻ｔ１〜ｔ２で静電容量が変化した値と同じであり、指が第２導電性基板１２にタッチされている間、設定が維持される。そして、本実施の形態のタッチセンサ装置１０の検出部１は、新たな基準値に対する静電容量の変化に基づいて押圧力を検出する。

【0035】

例えば、時刻ｔ１にて入力操作面にタッチされた瞬間に、タッチセンサ装置１０の検出部１は、投影容量方式（相互容量方式）により減少した静電容量の値を新たな基準値とする。新たな基準値は、元の基準値よりも少ない値である。その後、検出部１は、新たな基準値から増加した静電容量に基づいて押圧力を検出する。また、検出部１は、投影容量方式（相互容量方式）と自己容量方式を高速に切替えて、押圧力及びタッチ位置を検出する。
従来の投影容量方式（相互容量方式）だけでは、図３（１）に示すように、タッチ押圧力が１Ｎであるときに(時刻ｔ２〜ｔ３)、静電容量が基準値と一致するため、押圧力が加わったことを検出することができなかった。

【0036】

これに対し、図３（３）に示す本実施の形態では、検出部１が投影容量方式（相互容量方式）により１Ｎであるタッチ押圧力を検出することが可能となる。また、検出部１は、図３（２）に示す自己容量方式だけでは、１箇所の押圧力しか検出できなかったのに対し、図３（３）に示す本実施の形態では、投影容量方式（相互容量方式）を併用することで複数箇所の押圧力を検出することが可能となる。そして、本実施の形態の検出部１は、指が入力操作面から離れてタッチ位置を検出できなくなると、新たな基準値を消去する。これにより、再び指が入力操作面にタッチしたときに、新たな基準値を設定することができる。

【0037】

＜タッチセンサ装置の他の変形例＞
図４は、下部電極１３及び上部電極１４との間にドットスペーサ１５Ｂを設けたタッチセンサ装置１０Ｃの構成例を示す説明図である。

【0038】

図４の上側に示すようにタッチセンサ装置１０Ｃは、下部導電性基板１１と上部導電性基板１２の全面に所定間隔に配置した複数のドットスペーサ１５Ｂを設けて構成される。ドットスペーサ１５Ｂは、例えば、樹脂等で形成される。ドットスペーサ１５Ｂは、下部電極１３及び上部電極１４が交差する箇所に対応して設けられる。ただし、ドットスペーサ１５Ｂは、下部電極１３及び上部電極１４が交差する箇所以外の箇所に設けられてもよい。

【0039】

図４の下側には、上部導電性基板１２が指で押圧される様子が示される。タッチセンサ装置１０Ｃでは、ドットスペーサ１５Ｂが配置されることにより、上部導電性基板１２が１箇所押圧され、下部導電性基板１１及び上部導電性基板１２間の間隔が狭まっても、その押圧された箇所以外の箇所では、下部導電性基板１１及び上部導電性基板１２間の間隔が維持される。そして、押圧された箇所だけで、下部導電性基板１１及び上部導電性基板１２間の間隔が狭まる。このため、検出部１は、下部導電性基板１１と上部導電性基板１２の距離が、ドットスペーサ１５Ｂにより維持された下部導電性基板１１と上部導電性基板１２の距離よりも短くなった複数の箇所が押圧されたことを、押圧された箇所毎に検出することが可能となる。このようにタッチセンサ装置１０Ｃではドットスペーサ１５Ｂを配置することにより、検出部１は、複数の箇所のタッチ位置により、複数の箇所が押圧されたことを同時に検出することができる。

【0040】

図５は、タッチセンサ装置の変形例を示す説明図である。
上述したように、下部電極１３及び上部電極１４間には空間層１６が残るため（図１参照）、上部電極１４と空間層１６の境界面、及び下部電極１３と空間層１６の境界面には、光の反射が起こる。このため、下部電極１３及び上部電極１４における光の透過性が減少する。そこで、下部導電性基板１１の少なくとも一方の面、及び上部導電性基板１２の少なくとも一方の面に、外部から入射する光の反射を防止する反射防止部材を設けることが考えられる。

【0041】

そこで、図５Ａに示すタッチセンサ装置１０Ｄは、下部電極１３の上に下部反射防止部材１７を配置し、上部電極１４の下に上部反射防止部材１８を配置した構成としている。下部反射防止部材１７と上部反射防止部材１８として、例えば、ＳＶＭＥ（登録商標）が用いられる。ＳＶＭＥ（Super View Moth Eye）は、ＰＥＴ（PolyEthylene Terephthalate）の上に形成される微細構造体（凹凸）により光の反射を防止する機能を有する。図５Ａでは、下部電極１３及び上部電極１４の空間層１６側にＳＶＭＥが配置されている（ＰＥＴの図示は省略）。そして、下部反射防止部材１７と上部反射防止部材１８により、下部電極１３及び上部電極１４間の空間層１６における光の反射が抑制される。

【0042】

図５Ｂに示すタッチセンサ装置１０Ｅは、下部導電性基板１１と下部電極１３間に下部反射防止部材１７を配置し、上部導電性基板１２と上部電極１４の間に上部反射防止部材１８を配置した構成としている。このような構成としても、下部反射防止部材１７と上部反射防止部材１８により、下部電極１３及び上部電極１４間の空間層１６における光の反射が抑制される。

【0043】

図５Ｃに示すタッチセンサ装置１０Ｆは、下部電極１３の上に下部反射防止部材１９を配置し、上部電極１４の下に上部反射防止部材２０を配置した構成としている。この下部反射防止部材１９と上部反射防止部材２０の配置自体は、図５Ａと同じではあるが、図５Ｃでは、それぞれの反射防止部材１９、２０を形成する材料が異なっている。

【0044】

すなわち、図５Ｃの例では、上部反射防止部材２０と下部反射防止部材１９として、例えば、ＡＲ（Anti Reflection）層が用いられる。ＡＲ層は、ＰＥＴの上に形成された薄膜であり、下部電極１３及び上部電極１４の空間層１６側にＡＲ層が配置される。上部反射防止部材２０を使うことにより、上部反射防止部材２０が反射する光の位相と、上部反射防止部材２０を透過して、下部反射防止部材１９により反射した光の位相が逆になるため、上部反射防止部材２０が反射する光を抑えることができる。

【0045】

なお、反射防止フィルムとＡＲフィルムを組み合わせ、一方に反射防止フィルムを用い、他方にＡＲフィルムを用いてもよい。例えば、上部電極１４の下にＳＶＭＥが配置された上部反射防止部材１８を配置し、下部電極１３の上にＡＲ層が形成された下部反射防止部材１９を配置してもよい。逆に、上部電極１４の下にＡＲ層が形成された上部反射防止部材２０を配置し、下部電極１３の上にＳＶＭＥが配置された下部反射防止部材１７を配置してもよい。

【0046】

図６は、偏光機能部を備えるタッチセンサ装置１０Ｇの構成例を示す説明図である。
タッチセンサ装置１０Ｇは、タッチセンサ装置１０に対して、偏光機能部の一例としての偏光板２１、上部位相差板２３、下部位相差板２２を備える。
偏光板２１（偏光部の一例）は、上部導電性基板１２の上に配置される。偏光板２１は、特定方向に偏光した光（例えば、直線偏光）を通過させる。
下部位相差板２２（第１位相差部材の一例）は、下部導電性基板１１と下部電極１３の間に配置される。
上部位相差板２３（第２位相差部材の一例）は、上部電極１４と上部導電性基板１２の間に配置される。このため、下部位相差板２２と上部位相差板２３は、空間層１６を挟むように配置されている。

【0047】

偏光板２１を通過した光は直線偏光であり、直線偏光が、上部位相差板２３と下部位相差板２２を通過することで円偏光となる。そして、円偏光が下部導電性基板１１にて反射され、下部位相差板２２、上部位相差板２３の順に戻って直線偏光となる。この直線偏光の偏光角は、外部から偏光板２１通過した直線偏光の偏光角とは異なるため、偏光板２１を通過しない。このため、偏光板２１を通過した光による反射が抑えられる。

【0048】

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。ここでは、タッチセンサ装置を備えるタッチパネル装置の構成について説明する。

【0049】

＜タッチパネル装置の概略構成＞
図７は、タッチパネル装置３０の概略構成図である。
図７の上には、上面視したタッチパネル装置３０（情報処理装置の一例）の例が示される。タッチパネル装置３０は、額縁３２を有する筐体３１を備えており、筐体３１内にタッチセンサ装置１０が収容される。タッチセンサ装置１０を構成する下部導電性基板１１及び上部導電性基板１２は、筐体３１内のほぼ全面に配置される。そして、図７には、筐体３１内の下部導電性基板１１及び上部導電性基板１２の位置と、額縁３２の位置とが破線で示されている。下部導電性基板１１の端は、額縁３２の上に乗った状態である。図７では、額縁３２を識別しやすくするために額縁３２の幅を広く記載しているが、実際にタッチパネル装置３０に設けられる額縁３２の幅は狭くてよい。

【0050】

図７の下には、タッチパネル装置３０及びタッチセンサ装置１０の断面図が示される。タッチパネル装置３０は、図１に示した検出部１及び信号処理部２を備える。検出部１は、タッチパネル装置３０が備えるタッチセンサ装置１０の下部電極１３及び上部電極１４間の静電容量の変化に基づいて、タッチセンサ装置１０が押圧されたことを検出する。検出部１は、検出信号を信号処理部２に出力する。信号処理部２は、検出信号に基づいて所定の処理を行う。例えば、信号処理部２が検出信号に基づいて、表示パネル３５（表示装置の一例）に表示される画像、アイコン等を切替えて表示する制御を行う。検出部１及び信号処理部２は、感圧センサ装置１０、タッチパネル装置３０のいずれかに備える構成としてよい。

【0051】

トッププレート３３は、タッチパネル装置３０の内部を保護する。トッププレート３３には透明のガラス基板やフィルム等が用いられる。トッププレート３３の表面は、ユーザーがタッチ入力を行うために指を接触させる入力操作面３４となる。

【0052】

上部導電性基板１２の上面には、例えば、両面粘着テープであるＯＣＡ（Optical Clear Adhesive）が貼り付けられている。このため、上部導電性基板１２とトッププレート３３がＯＣＡを介して貼り合わされる。また、下部導電性基板１１の下面にもＯＣＡが貼り付けられている。このため、下部導電性基板１１と表示パネル３５がＯＣＡを介して貼り合わされる。

【0053】

下部導電性基板１１の端が筐体３１の額縁３２の上に配置される。下部電極１３及び上部電極１４が平面的に重なる領域が、ＸＹ平面の座標検知領域となる。そして、座標検知領域に、表示領域が重なるように表示パネル３５が配置されている。表示パネル３５の表示領域には、信号処理部２が行う画像表示処理により、下部電極１３及び上部電極１４により検出されたタッチ位置、及び、下部電極１３及び上部電極１４間の静電容量の変化（押圧変化）に応じた文字、図形、映像、アイコン等の画像が表示される。そして、ユーザーは、例えば、指、導電性スタイラスペン又は絶縁性（非導電性）スタイラスペンのいずれを用いても、トッププレート３３を押圧する押圧操作と、トッププレート３３上の座標を指示するタッチ操作を行うことが可能である。

【0054】

このように筐体３１の額縁３２の上にタッチセンサ装置１０を配置することにより、入力操作面３４を押し下げても、表示パネル３５に押圧力が伝達されない。このため、表示パネル３５に電流変動が生ずることがないので、表示パネル３５に表示される画像の品質を高めることができる。

【0055】

以上説明した第１及び第２の実施の形態では、下部電極１３及び上部電極１４が対向して配置され、入力操作面に押圧力が加わり、上部導電性基板１２が押し下げられると、上部電極１４が下部電極１３に接近し、下部電極１３及び上部電極１４間の静電容量が増加する。このように下部電極１３及び上部電極１４が、入力操作面に押圧されたことを検出するための感圧センサ電極として用いられるので、検出部１は、入力操作面の押圧を検出することができる。また、下部電極１３及び上部電極１４は、入力操作面のタッチ位置を検出するためのタッチセンサ電極としても用いられるので、検出部１は、入力操作面のタッチ位置を検出することが可能である。

【0056】

本実施の形態では、入力操作面の全体にわたって下部導電性基板１１及び上部導電性基板１２が形成されており、下部電極１３及び上部電極１４についても入力操作面の全体にわたって形成される。このため、従来、感圧センサ装置を設けるために用意していた額縁３２を広くしなくても、検出部１が、下部電極１３及び上部電極１４から、入力操作面が押圧されたことを検出できる。そして、本実施の形態に係るタッチセンサ装置１０の構成は、従来の抵抗膜式タッチセンサ装置のように下部導電性基板１１及び上部導電性基板１２の間に隙間を設けたシンプルな構成であるため、タッチセンサ装置１０の製造コストを抑えることができる。

【0057】

また、下部導電性基板１１及び上部導電性基板１２の間には、反射防止部材が設けられるため、下部導電性基板１１及び上部導電性基板１２の間、又は上部導電性基板１２の表面における光の反射を防止することができる。

【0058】

また、検出部１は、投影容量方式（相互容量方式）と自己容量方式を高速に切替えて、押圧力及びタッチ位置を検出することができる。このため、例えば、従来の静電容量方式のタッチパネル装置では使用できなかった絶縁性（非導電性）スタイラスペン等を用いて入力操作を行った場合であっても、検出部１は押圧力及びタッチ位置を正確に検出することができる。また、ユーザーが手に手袋をはめていたとしても、手袋の生地の厚さに依存することなく、ユーザーが押圧操作及びタッチ操作を行うことが可能となる。

【0059】

また、従来の静電容量方式のタッチセンサ装置で用いられているＸ座標タッチ電極及びＹ座標タッチ電極をそのまま、タッチセンサ装置１０及びタッチパネル装置３０の下部電極１３及び上部電極１４として用いることができる。このため、タッチセンサ装置１０及びタッチパネル装置３０の製造工程を大きく変更しなくてよく、製造コストを減少することができる。

【0060】

なお、本発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りその他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。
例えば、上述した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細かつ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、ここで説明した実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることは可能であり、さらにはある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

【符号の説明】

【0061】

１…検出部、２…信号処理部、１０…タッチセンサ装置、１１…下部導電性基板、１２…上部導電性基板、１３…下部電極、１４…上部電極、１５…スペーサ、１６…空間層、１７…下部反射防止部材、１８…上部反射防止部材、３０…タッチパネル装置、３１…筐体、３２…額縁、３３…トッププレート、３４…入力操作面、３５…表示パネル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】