JP5373134B2 - タッチパネル構造及び位置検知方式選択手法 - Google Patents

Description

本発明は、タッチパネル構造及び位置検知方式選択手法に関し、特に、静電容量方式と抵抗膜方式とを組み合わせたタッチパネル構造及び位置検知方式選択手法に関する。

現在の携帯用情報機器で使用されるタッチパネルの９０％程度が主に抵抗膜方式である。しかし、今後のスマートフォンなど多くの携帯情報機器はマルチタッチの検知が可能な静電容量方式が増えることが想定される。ここで、マルチタッチとは、タッチパネル表面の複数のポイントに同時に触れて操作することをいう。
特許文献１には、静電容量方式のタッチパネルと抵抗膜方式のタッチパネルとを１つの基板の表裏に設けることが記載されている。
特許文献２には、静電容量方式のタッチパネルと抵抗膜方式のタッチパネルとを設けることが記載されている。

特開２０１０−８６５１０号公報 特開２００９−１１６８５０号公報

ところで、静電容量方式のタッチパネルを携帯情報機器に採用する場合、水中では携帯情報機器の操作においてタッチパネルの利用ができないという問題がある。これは、水中では静電気が発生しないからである。つまり、静電容量方式はタッチすると静電気によってそのタッチした位置の静電容量が変化することを利用して、そのタッチした位置を測定するため、静電気の発生しない水中では、利用できない。水中で唯一利用できる入力方式として、押下操作することで、物理的に電気の導通を発生させる抵抗膜方式がある。例えば、現在、市販されている防水カメラに採用されているタッチパネルは抵抗膜方式が大半を占めている。

ここで、防水カメラに、静電容量方式のタッチパネルを採用した場合、上述したように、水中での操作ができないため、水中でタッチパネルの操作を実現するには抵抗膜方式のタッチパネルを採用する必要がある。携帯情報機器を水中で利用するための防水ケースもあるが、防水ケースを用いても水中で利用する場合は静電容量方式のタッチパネルを操作することができないので、ホームボタンや撮影ボタンを利用して操作する必要がある。これでは、タッチパネルの操作に慣れている利用者にとっては、使い勝手が非常に悪い。

一方、静電容量方式の操作性の良さが売りのスマートフォンを全て抵抗膜方式に変えることは取り得ない。また、静電容量型方式と抵抗膜方式とを単に組み合わせるだけでは、装置をコンパクトに構成できないという問題点がある。この問題は、特許文献１、２のいずれによっても解決することはできない。
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、水中でもタッチパネルを使用することのできるとともに、コンパクトなタッチパネル構造及び位置検知方式選択手法を提供することである。

本発明の一態様によるタッチパネル構造は、
第１非導電体（例えば、図２中の第１非導電体５０）と、
第１透明導電膜（例えば、図２中の透明導電膜６０）と、
前記第１非導電体下に形成され、互いに、平行に配設された第１及び第２電極（例えば、図２中の第１電極５２＃１、第２電極５２＃２）と、
前記第１透明導電膜の４隅に形成された第３〜第６電極（例えば、図２中の電極６２＃１〜６２＃４）と、
第２透明導電膜（例えば、図２中の透明導電膜８０）と、
前記第１透明導電膜と前記第２透明導電膜とに挟まれたマイクロドット（例えば、図２中のマイクロドット７２）と、
第２非導電体（例えば、図２中の第２非導電体８１）と、
前記第２非導電体上に形成され、前記第１及び第２電極と直角方向、かつ、互いに平行に配設された第７及び第８電極（例えば、図２中の電極８２＃１、８２＃２）と、
前記第１及び第２電極間に電圧勾配を与える第１電源（例えば、図２中の電源５４）と、
前記第７及び第８電極間に電圧勾配を与える第２電源（例えば、図２中の電源８６）と、
前記第１電極に電気的に接続され、電圧を計測する第１電圧センサ（例えば、図２中の電圧計５６）と、
前記第７電極に電気的に接続され、電圧を計測する第２電圧センサ（例えば、図２中の電圧計８４）と、
前記第３〜第６電極にそれぞれ電気的に接続された第１〜第４電流センサ（例えば、図２中の抵抗６４＃ｉ（ｉ＝１〜４）及び電圧計６６＃ｉ（ｉ＝１〜４））とを具備し、
タッチ操作面上から下方に向かって、前記第１非導電体、前記第１透明導電膜、前記マイクロドット、前記第２透明導電膜、前記第２非導電体の順に積層されており、
前記第１非導電体と、前記第１透明導電膜とによって静電容量方式タッチパネルの構成を実現し、
前記第１透明導電膜と、前記マイクロドットと、前記第２透明導電膜とによって抵抗膜方式タッチパネルの構成を実現していることを特徴とする。
このような構成によれば、水中では、抵抗膜方式により、タッチポイントのタッチ位置を検出し、水中以外の場所では、静電容量方式により、タッチポイントのタッチ位置を検出できる。

また、前記第１〜第４電流センサの出力に基づいて、表面電荷の変化が発生しているか否かを判断する判断部（例えば、図１中のコントロールＩＣ１２）をさらに具備し、
前記判断部が、前記表面電荷の変化が発生していないと判断したとき、抵抗膜方式に従って、前記第１及び第２電圧センサの計測値に基づいて、前記タッチパネルのタッチ位置を算出し、
前記判断部が、前記表面電荷の変化が発生していると判断したとき、静電容量方式に従って、前記第１〜第４電流センサの計測値に基づいて、前記タッチパネルのタッチ位置を算出することが望ましい。この構成により、タッチパネルの搭載された機器が水中にあり、表面電荷の変化が発生していないと判断部が判断したときは抵抗膜方式に従って、また、タッチパネルの搭載された機器が水中以外にあり、表面電荷の変化が発生していると判断したときは静電容量方式に従って、タッチパネルのタッチ位置を算出することができ、携帯情報機器が水中にあっても水中以外の場所にあっても、ユーザはタッチパネル操作を利用することができる。

さらに、前記判断部は、外部より入力され、表面電荷の変化が発生しているか否かを示す制御信号が、前記表面電荷が発生していないことを示しているとき、抵抗膜方式に従って、前記第１及び第２電圧センサの計測値に基づいて、前記タッチパネルのタッチ位置を算出し、
前記制御信号が、前記表面電荷の変化が発生していることを示しているとき、静電容量方式に従って、前記第１〜第４電流センサの計測値に基づいて、前記タッチパネルのタッチ位置を算出するようにしてもよい。この構成により、モード切替スイッチ操作やセンサの検出結果に応じて、静電容量方式タッチパネル及び抵抗膜方式タッチパネルのうち適切なものを動作させることができる。

また、前記判断部は、前記第１〜第２電圧センサの第１出力群及び前記第１〜第４電流センサの第２出力群のうち、出力タイミングの早いいずれか一方の出力群を用いて、該当する静電容量方式及び抵抗膜方式のいずれかの方式により、前記タッチパネルのタッチポイントの位置を算出するようにしてもよい。この構成により、静電容量方式タッチパネル及び抵抗膜方式タッチパネルのいずれも使用可能な状況において、タッチパネル操作に対応する処理を早く開始することができる。

本発明の一態様による位置検知方式選択手法は、
第１非導電体（例えば、図２中の第１非導電体５０）と、
第１透明導電膜（例えば、図２中の透明導電膜６０）と、
前記第１非導電体下に形成され、互いに、平行に配設された第１及び第２電極（例えば、図２中の第１電極５２＃１、第２電極５２＃２）と、
前記第１透明導電膜の４隅に形成された第３〜第６電極（例えば、図２中の電極６２＃１〜６２＃４）と、
第２透明導電膜（例えば、図２中の透明導電膜８０）と、
前記第１透明導電膜と前記第２透明導電膜とに挟まれたマイクロドット（例えば、図２中のマイクロドット７２）と、
第２非導電体（例えば、図２中の第２非導電体８１）と、
前記第２非導電体上に形成され、前記第１及び第２電極と直角方向、かつ、互いに平行に配設された第７及び第８電極（例えば、図２中の電極８２＃１、８２＃２）と、
前記第１及び第２電極間に電圧勾配を与える第１電源（例えば、図２中の電源５４）と、
前記第７及び第８電極間に電圧勾配を与える第２電源（例えば、図２中の電源８６）と、
前記第１電極に電気的に接続され、電圧を計測する第１電圧センサ（例えば、図２中の電圧計５６）と、
前記第７電極に電気的に接続され、電圧を計測する第２電圧センサ（例えば、図２中の電圧計８４）と、
前記第３〜第６電極にそれぞれ電気的に接続された第１〜第４電流センサ（例えば、図２中の抵抗６４＃ｉ（ｉ＝１〜４）及び電圧計６６＃ｉ（ｉ＝１〜４））とを具備し、
タッチ操作面上から下方に向かって、前記第１非導電体、前記第１透明導電膜、前記マイクロドット、前記第２透明導電膜、前記第２非導電体の順に積層されており、
前記第１非導電体と、前記第１透明導電膜とによって静電容量方式タッチパネルの構成を実現し、
前記第１透明導電膜と、前記マイクロドットと、前記第２透明導電膜とによって抵抗膜方式タッチパネルの構成を実現しているタッチパネル構造について、
前記第１〜第４電流センサの出力に基づいて、表面電荷の変化が発生しているか否かを判断する判断部を具備し、
前記判断部が、前記表面電荷の変化が発生していないと判断したとき、抵抗膜方式に従って、前記第１及び第２電圧センサの計測値に基づいて、前記タッチパネルのタッチ位置を算出し、
前記判断部が、前記表面電荷の変化が発生していると判断したとき、静電容量方式に従って、前記第１〜第４電流センサの計測値に基づいて、前記タッチパネルのタッチ位置を算出することを特徴とする。

この選択手法によれば、水中では、抵抗膜方式により、タッチポイントのタッチ位置を検出し、水中以外の場所では、静電容量方式により、タッチポイントのタッチ位置を検出できる。そして、タッチパネルの搭載された機器が水中にあり、表面電荷の変化が発生していないと判断部が判断したときは抵抗膜方式に従って、また、タッチパネルの搭載された機器が水中以外にあり、表面電荷の変化が発生していると判断したときは静電容量方式に従って、タッチパネルのタッチ位置を算出することができ、携帯情報機器が水中にあっても水中以外の場所にあっても、ユーザはタッチパネル操作を利用することができる。

また、前記判断部は、外部より入力され、表面電荷の変化が発生しているか否かを示す制御信号が、前記表面電荷が発生していないことを示しているとき、抵抗膜方式に従って、前記第１及び第２電圧センサの計測値に基づいて、前記タッチパネルのタッチ位置を算出し、
前記制御信号が、前記表面電荷の変化が発生していることを示しているとき、静電容量方式に従って、前記第１〜第４電流センサの計測値に基づいて、前記タッチパネルのタッチ位置を算出するようにしてもよい。この選択手法によれば、モード切替スイッチ操作やセンサの検出結果に応じて、静電容量方式タッチパネル及び抵抗膜方式タッチパネルのうち適切なものを動作させることができる。

なお、前記判断部は、前記第１〜第２電圧センサの第１出力群及び前記第１〜第４電流センサの第２出力群のうち、出力タイミングの早いいずれか一方の出力群を用いて、該当する静電容量方式及び抵抗膜方式のいずれかの方式により、前記タッチパネルのタッチポイントの位置を算出するようにしてもよい。この選択手法により、静電容量方式タッチパネル及び抵抗膜方式タッチパネルのいずれも使用可能な状況において、タッチパネル操作に対応する処理を早く開始することができる。

本発明のタッチパネル構造によれば、水中では、抵抗膜方式により、タッチポイントのタッチ位置を算出し、水中以外の場所では、静電容量方式により、タッチポイントのタッチ位置を算出するので、このタッチパネル構造を携帯情報機器に採用すれば、水中でも、タッチパネルを用いた操作を行うことができる。

本発明の第１実施形態に係るタッチパネル構造を採用したハイブリッド型タッチパネルの機能構成を示す図である。 図１中のタッチパネル構造の積層構成を示す図である。 図１中のタッチパネル構造の積層構成を示す断面図である。 抵抗膜方式のタッチパネルにおいてタッチポイントを算出する原理を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るタッチパネル構造を採用したハイブリッド型タッチパネルの構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によって示されている。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態によるタッチパネル構造を採用したハイブリッド型タッチパネルを含む携帯情報機器の構成例を示すブロック図である。第１実施形態によるタッチパネル構造を採用したハイブリッド型タッチパネルは、水中では、抵抗膜方式により、タッチポイントの位置を検出し、水中以外の場所では、静電容量方式により、タッチポイントの位置を精度良く検出するようにしたタッチパネル構造であることが従来と異なる。なお、ここで、「水中」には、水の中に限らず、シャワールームの中など湿度が高いために静電気が発生しない場所も含む。
このハイブリッド型タッチパネルを携帯情報機器に採用することにより、陸上など水中以外では、操作性の良い静電容量方式により、タッチポイントの位置を算出し、水中では、抵抗膜方式により、タッチポイントの位置を算出するので、水中でも、タッチパネルによる操作を実現できるようにしている。

（携帯情報機器の構成）
図１を参照すると、携帯情報機器２は、ハイブリッド型タッチパネル４、ノイズフィルタ１０、コントロールＩＣ１２、ＩＦドライバー１５、並びにホスト機器１８を備えている。
ハイブリッド型タッチパネル４は、静電容量方式タッチパネル６と、抵抗膜方式タッチパネル８とを備えている。
ノイズフィルタ１０は、ハイブリッド型タッチパネル４から出力される信号のノイズをカットする機能を備えている。
コントロールＩＣ１２は、ノイズフィルタ１０によってノイズがカットされた信号について、アナログ信号からデジタル信号への変換を行うＡ／Ｄ変換器１４を備えている。このコントロールＩＣ１２の機能については、後述する。

ＩＦドライバー１５は、コントロールＩＣ１２とホスト機器１８との間のインタフェース（ＩＦ）を司るものである。このＩＦドライバー１５は、コントロールＩＣ１２から受信したタッチポイントの位置信号をホスト機器１８に送信する。
ホスト機器１８は、携帯情報機器の本体装置であり、タッチポイントの位置情報等に基づいて、各種アプリケーションプログラムを実行する。ホスト機器１８はドライバー１６を備えている。このドライバー１６は、ＩＦドライバー１５とホスト機器１８との間のインタフェースを司る。

（ハイブリッド型タッチパネルの構造）
図２は、ハイブリッド型タッチパネル４の構造図である。ハイブリッド型タッチパネル４は、静電容量方式タッチパネル６及び抵抗膜方式タッチパネル８を具備する。
ハイブリッド型タッチパネル４は、第１非導電体５０、透明導電膜６０、絶縁部７０＃１，７０＃２、マイクロドット７２、透明導電膜８０、第２非導電体８１を備える。

第１非導電体５０は、本例では平面形状が矩形であり、その下面の対向する辺に沿って互いに平行に第１電極５２＃１、第２電極５２＃２が設けられている。これら第１電極５２＃１、第２電極５２＃２には電源５４が接続されているため、両電極間に電圧勾配が生じる。電極５２＃１には、電圧値を計測する電圧センサとして機能する電圧計５６が接続されている。

第１非導電体５０の下方には、平面形状が矩形の透明導電膜６０が設けられている。透明導電膜６０と、第１電極５２＃１および第２電極５２＃２とは電気的に接続される。透明導電膜６０は、本例では平面形状が矩形であり、その４隅に矩形の電極６２＃ｉ（ｉ＝１〜４）が設けられている。第１電極５２＃１および第２電極５２＃２と、電極６２＃ｉ（ｉ＝１〜４）とは電気的に接触しない位置に設けられている。

電極６２＃１には、抵抗６４＃１、及び、電圧計６６＃１が直列に接続されている。電極６２＃ｉ（ｉ＝２〜４）にも同様に、図示せぬ抵抗６４＃ｉ（ｉ＝２〜４）、及び、図示せぬ電圧計６６＃ｉ（ｉ＝２〜４）が直列に接続されている。電圧計６６＃ｉ（ｉ＝１〜４）は、それぞれ、一端が抵抗６４＃ｉ（ｉ＝１〜４）に接続され、他端がグランドに接続されている。抵抗６４＃ｉ（ｉ＝１〜４）の抵抗値が既知であれば、各電圧計６６＃ｉ（ｉ＝１〜４）によって計測される電圧値をその抵抗値で除算することにより、指先Ｆ等によるタッチポイントＰから電極６２＃ｉ（ｉ＝１〜４）を介してグランドに向かって流れる電流を検出することができる。つまり、抵抗６４＃ｉ（ｉ＝１〜４）及び電圧計６６＃ｉ（ｉ＝１〜４）の直列接続は、タッチポイントＰから電極６２＃ｉ（ｉ＝１〜４）を介してグランドに向かって流れる電流を検出する電流センサとして機能する。

透明導電膜６０の下方には、平面形状が矩形の透明導電膜８０が設けられている。透明導電膜６０と透明導電膜８０との間には、絶縁部７０＃１、７０＃２並びにマイクロドット７２が設けられている。絶縁部７０＃１、７０＃２並びにマイクロドット７２が透明導電膜６０と透明導電膜８０との間に挟まれて設けられているため、タッチパネルが操作されない状態において、透明導電膜６０と透明導電膜８０との絶縁状態が保たれる。

絶縁体である絶縁部７０＃１、７０＃２は、第１電極５２＃１、第２電極５２＃２の下方に、互いに平行に設けられている。マイクロドット７２は、絶縁部７０＃１と、絶縁部７０＃２との間に挟まれて、複数設けられている。
透明導電膜８０の下方には、平面形状が矩形の第２非導電体８１が設けられている。第２非導電体８１には、第１電極５２＃１、第２電極５２＃２とは直角に、かつ、対向する辺に沿って互いに平行に、電極８２＃１、電極８２＃２が設けられている。これら電極８２＃１、電極８２＃２には電源８６が接続されているため、両電極間に電圧勾配が生じる。電極８２＃２には電圧値を計測する電圧センサとして機能する電圧計８４が接続されている。

電源５４及び８６、並びに、電圧計５６および８４は、タッチパネルの操作に影響の無い位置に設けられる。電圧計６６＃ｉ（ｉ＝１〜４）、並びに、抵抗６４＃ｉ（ｉ＝１〜４）についてもタッチパネルの操作に影響の無い位置に設けられる。
上述したように電圧計５６は電極５２＃１に電気的に接続されている。タッチ操作による透明導電膜６０と透明導電膜８０との電気的接触時に、電極８２＃１と電極８２＃２との間に接続されている電源８６によって与えられる電圧値（電極５２＃１とグランドとの間の電圧値）を電圧計５６によって計測することにより、タッチポイントＰのＹ座標が特定される。

一方、電圧計８４は電極８２＃２に電気的に接続されている。タッチ操作による透明導電膜６０と透明導電膜８０との電気的接触時に、電極５２＃１と電極５２＃２との間に接続されている電源５４によって与えられる電圧値（電極８２＃２とグランドとの間の電圧値）を電圧計８４によって計測することにより、タッチポイントＰのＸ座標が特定される。
なお、本例では、第１電極５２＃１、第２電極５２＃２の長手方向をＹ軸方向とし、電極８２＃１、電極８２＃２の長手方向をＸ軸方向とする。

さらに、図３を参照し、本例のタッチパネルの断面構造について説明する。図３は、図２中の電極８２＃１の長手方向に沿ってタッチパネル表面に垂直な面で切断し、図２中の矢印ＹＡ方向から見た断面を示す図である。
図３のように、本例のタッチパネルは、第２非導電体８１の上に電極８２＃１が形成され、その上に透明導電膜８０が設けられている。第２非導電体８１は、例えば、透明ガラス、ポリエチレン・テレフタート等からなる。

さらに、透明導電膜８０の上方に、透明導電膜６０が設けられている。第１透明導電膜６０は、導電性を有し、例えば、インジウム、スズ酸化物（ＩＴＯ）、アンチモン、スズ酸化物（ＡＴＯ）、酸化亜鉛（ＺＯ）、アルミニウムをドープした酸化亜鉛（ＡＺＯ）等から構成されている。
透明導電膜８０と透明導電膜６０との間に挟まれて、絶縁部７０＃１と、絶縁部７０＃２と、マイクロドット７２とが設けられている。絶縁部７０＃ｉ（ｉ＝１，２）及びマイクロドット７２は、例えば、透明ガラス、ポリエチレン・テレフタート等から構成されている。

透明導電膜６０上には、電極６２＃１、電極６２＃４が形成されている。電極６２＃ｉ（ｉ＝１〜４）は、銅、プラチナ等から構成されている。
透明導電膜６０の上方に、第１非導電体５０が設けられている。第１非導電体５０は、絶縁性を有し、例えば、透明ガラス、ポリエチレン・テレフタート等から構成されている。この第１非導電体５０は、第１透明導電膜６０の上方に形成されている。

ここで、静電容量方式タッチパネル６は、第１非導電体５０、第１透明導電膜６０、電極６２＃ｉ（ｉ＝１〜４）、抵抗６４＃ｉ（ｉ＝１〜４）及び電圧計６６＃ｉ（ｉ＝１〜４）によって構成される。また、抵抗膜方式タッチパネル８は、第１非導電体５０に設けられている電極５２＃ｉ（ｉ＝１，２）、電源５４、電圧計５６、第１透明導電膜６０、絶縁部７０＃ｉ（ｉ＝１，２）、マイクロドット７２、第２透明導電膜８０、第２非導電体８１、電極８２＃ｉ（ｉ＝１，２）並びに電圧計８４によって構成される。

（ノイズフィルタ）
ノイズフィルタ１０は、静電容量方式タッチパネル６中の電圧計６６＃ｉ（ｉ＝１〜４）より出力される信号Ｓ２ａのノイズをカットし、コントロールＩＣ１２内のＡ／Ｄ変換器１４に出力する。また、ノイズフィルタ１０は、抵抗膜方式タッチパネル８中の電圧計５６，８４より出力される信号Ｓ２ｂのノイズをカットし、コントロールＩＣ１２内のＡ／Ｄ変換器１４に出力する。
なお、ノイズフィルタ１０は、例えば、ローパスフィルタ等により構成されている。

（コントロールＩＣ）
コントロールＩＣ１２は、以下の機能を有する。
（１）コントロールＩＣ１２は、Ａ／Ｄ変換器１４より出力されて、ノイズがカットされた信号Ｓ２ａより表面電荷が発生しているか否かを判定する。表面電荷が発生していない場合とは、表面電荷が変化せず、信号Ｓ２ａのレベルに変化がなく、特定の一定値の計測値である場合をいう。
（２）上述したように、表面電荷が発生していないと判断される場合、コントロールＩＣ１２は、Ａ／Ｄ変換器１４により、デジタルに変換された信号から上述の抵抗膜方式に基づいて、タッチポイントの位置を算出する。

（３）上述したように、表面電荷が発生していると判断される場合、コントロールＩＣ１２は、Ａ／Ｄ変換器１４により、デジタル信号に変換された信号から、静電容量方式に基づいて、タッチポイントの位置を算出する。静電容量型には、表面型と投影型があるが、本実施形態では、表面型により、タッチポイントの位置を算出する。投影型であっても、勿論、良い。
（４）コントロールＩＣ１２は、タッチポイントの位置を信号Ｓ１０として、ＩＦドライバー１５に出力する。

（抵抗膜方式によりタッチポイントの位置を検出する原理）
図４は、抵抗膜方式によりタッチポイントの位置を検出する原理を示す図である。図４に示すように、指先Ｆ等で第１非導電体５０の表面に触れ、指による押圧力により、第１非導電体５０及び透明導電膜６０が図中下方に変形する。透明導電膜６０が図中下方に変形することにより、指先Ｆの下方のマイクロドット７２間の隙間を通して、透明導電膜６０と透明導電膜８０とが電気的に接触する。

第１非導電体５０の辺に沿って平行に配設された電極５２＃ｉ（ｉ＝１，２）に対応して設けられた電圧計８４の測定値である信号は、ノイズフィルタ１０によってノイズがカットされた後、デジタル信号に変換される。この変換後のデジタル信号に基づいて、タッチポイントのＹ座標を算出する。
また、第２非導電体８１上に平行に配設された電極８２＃ｉ（ｉ＝１，２）に対応して設けられた電圧計５６の測定値である信号は、ノイズフィルタ１０によってノイズがカットされた後、Ａ／Ｄ変換器１４により、デジタル信号に変換される。この変換後のデジタル信号に基づいて、コントロールＩＣ１２は、タッチポイントのＸ座標を算出する。

（静電容量方式によりタッチポイントの位置を検出する原理）
図２において、第１非導電体５０の表面全体に一様な電界が発生している状態において、指先等で第１非導電体５０の表面に触れる。このタッチポイントから透明導電膜６０の４隅に配設された電極６２＃ｉ（ｉ＝１〜４）までの距離に反比例して電流ｉ１〜ｉ４が変化するので、その電流ｉ１〜ｉ４の変化を抵抗および電圧計６４＃ｉ（ｉ＝１〜４）によって検出する。電極６２＃ｉ（ｉ＝１〜４）にそれぞれ対応して設けられた電圧計６４＃ｉ（ｉ＝１〜４）の測定値である信号は、ノイズフィルタ１０によってノイズがカットされた後、Ａ／Ｄ変換器１４により、デジタル信号に変換される。この変換後のデジタル信号に基づいて、コントロールＩＣ１２は、タッチポイントの位置を算出する。

（タッチパネルの動作）
以下、図１を参照し、本例のタッチパネルの動作について説明する。
静電容量方式タッチパネル６は、電圧計６６＃ｉ（ｉ＝１〜４）によって検出される電圧値を信号Ｓ２ａとして出力する。抵抗膜方式タッチパネル８は、電圧計５６、８４より出力される電圧値を信号Ｓ２ｂとして出力する。
ノイズフィルタ１０は、信号Ｓ２ａ，信号Ｓ２ｂのノイズをカットし、信号Ｓ６として、Ａ／Ｄ変換器１４に出力する。Ａ／Ｄ変換器１４は、ノイズフィルタ１０より出力される信号Ｓ６に基づいて、所定のサンプリング周期でサンプリングし、アナログ／デジタル変換を行う。

コントロールＩＣ１２は、アナログ／デジタル変換されたデジタル信号に基づいて、静電容量方式タッチパネル６から出力され、ノイズフィルタ１０により、ノイズがカットされ、Ａ／Ｄ変換器１４によってデジタル信号に変換された信号が有効か否かを判断し、信号Ｓ２ａが有効でなければ、Ａ／Ｄ変換器１４によりデジタルに変換されたデジタル信号から、上述の抵抗膜方式に基づいて、タッチポイントの位置を算出する。
一方、コントロールＩＣ１２は、信号Ｓ２ａが有効であれば、Ａ／Ｄ変換器１４によってデジタルに変換された信号から、上述の静電容量方式に基づいて、タッチポイントの位置（Ｘ座標，Ｙ座標）を算出する。

コントロールＩＣ１２は、算出したタッチポイントの位置（Ｘ座標，Ｙ座標）を信号Ｓ１０として、ＩＦドライバー１５に出力する。
ＩＦドライバー１５は、タッチポイントの位置（Ｘ座標，Ｙ座標）をＩＦドライバー１６に出力する。ＩＦドライバー１６は、タッチポイントの位置（Ｘ座標，Ｙ座標）をホスト機器１８に出力する。ホスト機器１８は、タッチポイントの位置（Ｘ座標，Ｙ座標）に基づいて、各種アプリケーションプログラムを実行する。

以上説明した、第１実施形態によれば、パネル表面へのタッチによってパネル表面に電荷が発生している場合は、静電容量方式により、タッチポイントの位置を検出する。一方、パネル表面に電荷の変化が発生していない場合は、静電容量方式ではなく、抵抗膜方式により、タッチポイントの位置を検出する。このように動作するので、携帯情報機器を水中でも使用可能となる。また、静電容量方式タッチパネル６と抵抗膜方式タッチパネル８とで、透明導電膜６０を共用する構造を採用しているので、機器全体をコンパクトにすることができる。さらに透明導電膜６０を共用する構造を採用しているので、静電容量方式タッチパネル６と抵抗膜方式タッチパネル８とを単に組み合わせる場合と比べてコストダウンを図ることができる。

第１実施形態では、パネル表面に電荷の変化が発生しているか否かを判断して、電荷の変化が発生していない場合は、抵抗膜方式により、タッチパネルのタッチポイントの位置を算出するようにしている。ここで、指先等がタッチパネルに接触する前に表面の電荷が変化するため、表面の電荷の変化を検出するための電極６２＃ｉ（ｉ＝１〜４）からの出力群による検出タイミングが、透明導電膜６０と透明導電膜８０との接触による電圧計５６，電圧計８４からの出力群による検出タイミングよりも早い。このため、２つの出力群、すなわち電極６２＃ｉ（ｉ＝１〜４）からの第１出力群，及び電圧計５６および８４からの第２出力群の中で、出力タイミングの早い出力群を使用して、静電容量方式又は抵抗膜方式により、タッチポイントの位置を検出するようにし、出力の遅い出力群による処理をキャンセルしても良い。

（第２実施形態）
図５は、第２実施形態によるタッチパネル構造を採用したハイブリッド型タッチパネルを含む携帯情報機器の構成例を示すブロック図である。図５において、図１中の構成要素と実質的に同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。第２実施形態において、コントロールＩＣ１２’が、第１実施形態のコントロールＩＣ１２と異なる点は、タッチパネルの表面に電荷が発生しているか否かを、外部より制御信号Ｓ８として、コントロールＩＣ１２’に通知するようにしたことである。

コントロールＩＣ１２’は、携帯情報機器が水中で用いられている状態にあることを制御信号Ｓ８が示している（つまり、表面電荷が発生しないことを示している）場合には、抵抗膜方式に従って、タッチパネルのタッチポイントの位置を算出する。一方、携帯情報機器が陸上等、水中以外で用いられている状態にあることを制御信号Ｓ８が示している場合には、静電容量方式に従って、タッチパネルのタッチポイントの位置を算出する。

制御信号Ｓ８については、モード切替スイッチなど外部のスイッチをユーザが操作することによって発生するように構成してもよいし、図示せぬ圧力センサ等の検出結果によって発生するように構成してもよい。
コントロールＩＣ１２’は、算出したタッチポイントの位置をＩＦドライバー１５に出力する。ＩＦドライバー１５は、タッチポイントの位置（Ｘ座標，Ｙ座標）をドライバー１６に出力する。ＩＦドライバー１６は、タッチポイントの位置（Ｘ座標，Ｙ座標）をホスト機器１８に出力する。ホスト機器１８は、タッチポイントの位置（Ｘ座標，Ｙ座標）に基づいて、各種アプリケーションプログラムを実行する。

（まとめ）
以上説明したように、本発明によるタッチパネル構造には、静電容量型タッチパネルと、抵抗膜方式タッチパネルとを組み込んでいるので、パネル表面に電荷が発生しない水中では、抵抗膜方式により、タッチポイントの位置を検出できる。水中以外では、パネル表面に電荷が発生するので、検出精度の高い静電容量方式によりタッチポイントの位置を算出できる。

本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらすすべての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。

本発明は、携帯電話機をはじめとする、携帯情報機器のタッチパネル構造及び位置検知方式選択手法として利用することができる。

４ ハイブリッド型タッチパネル
６ 静電容量方式タッチパネル
８ 抵抗膜方式タッチパネル
１０ ノイズフィルタ
１２、１２’ コントロールＩＣ
１４ Ａ／Ｄ変換器
１５ ＩＦドライバー
１６ ドライバー
１８ ホスト機器
５０ 第１非導電体
５２＃１ 第１電極
５２＃２ 第２電極
５４、８６ 電源
６２＃１〜６２＃４ 電極
６４＃１〜６４＃４ 抵抗
５６、６６＃１〜６６＃４、８４ 電圧計
７０＃１、７０＃２ 絶縁部
７２ マイクロドット
６０，８０ 透明導電膜
８１ 第２非導電体
８２＃１、８２＃２ 電極

Claims (7)

1. 第１非導電体と、
   第１透明導電膜と、
   前記第１非導電体下に形成され、互いに、平行に配設された第１及び第２電極と、
   前記第１透明導電膜の４隅に形成された第３〜第６電極と、
   第２透明導電膜と、
   前記第１透明導電膜と前記第２透明導電膜とに挟まれたマイクロドットと、
   第２非導電体と、
   前記第２非導電体上に形成され、前記第１及び第２電極と直角方向、かつ、互いに平行に配設された第７及び第８電極と、
   前記第１及び第２電極間に電圧勾配を与える第１電源と、
   前記第７及び第８電極間に電圧勾配を与える第２電源と、
   前記第１電極に電気的に接続され、電圧を計測する第１電圧センサと、
   前記第７電極に電気的に接続され、電圧を計測する第２電圧センサと、
   前記第３〜第６電極にそれぞれ電気的に接続された第１〜第４電流センサとを具備し、
   タッチ操作面上から下方に向かって、前記第１非導電体、前記第１透明導電膜、前記マイクロドット、前記第２透明導電膜、前記第２非導電体の順に積層されており、
   前記第１非導電体と、前記第１透明導電膜とによって静電容量方式タッチパネルの構成を実現し、
   前記第１透明導電膜と、前記マイクロドットと、前記第２透明導電膜とによって抵抗膜方式タッチパネルの構成を実現していることを特徴とするタッチパネル構造。
2. 請求項１記載のタッチパネル構造において、
   前記第１〜第４電流センサの出力に基づいて、表面電荷の変化が発生しているか否かを判断する判断部をさらに具備し、
   前記判断部が、前記表面電荷の変化が発生していないと判断したとき、抵抗膜方式に従って、前記第１及び第２電圧センサの計測値に基づいて、前記タッチパネルのタッチ位置を算出し、
   前記判断部が、前記表面電荷の変化が発生していると判断したとき、静電容量方式に従って、前記第１〜第４電流センサの計測値に基づいて、前記タッチパネルのタッチ位置を算出することを特徴とするタッチパネル構造。
3. 請求項２記載のタッチパネル構造において、
   前記判断部は、
   外部より入力され、表面電荷の変化が発生しているか否かを示す制御信号が、前記表面電荷が発生していないことを示しているとき、抵抗膜方式に従って、前記第１及び第２電圧センサの計測値に基づいて、前記タッチパネルのタッチ位置を算出し、
   前記制御信号が、前記表面電荷の変化が発生していることを示しているとき、静電容量方式に従って、前記第１〜第４電流センサの計測値に基づいて、前記タッチパネルのタッチ位置を算出することを特徴とするタッチパネル構造。
4. 請求項２記載のタッチパネル構造において、
   前記判断部は、
   前記第１〜第２電圧センサの第１出力群及び前記第１〜第４電流センサの第２出力群のうち、出力タイミングの早いいずれか一方の出力群を用いて、該当する静電容量方式及び抵抗膜方式のいずれかの方式により、前記タッチパネルのタッチポイントの位置を算出することを特徴とするタッチパネル構造。
5. 第１非導電体と、
   第１透明導電膜と、
   前記第１非導電体下に形成され、互いに、平行に配設された第１及び第２電極と、
   前記第１透明導電膜の４隅に形成された第３〜第６電極と、
   第２透明導電膜と、
   前記第１透明導電膜と前記第２透明導電膜とに挟まれたマイクロドットと、
   第２非導電体と、
   前記第２非導電体上に形成され、前記第１及び第２電極と直角方向、かつ、互いに平行に配設された第７及び第８電極と、
   前記第１及び第２電極間に電圧勾配を与える第１電源と、
   前記第７及び第８電極間に電圧勾配を与える第２電源と、
   前記第１電極に電気的に接続され、電圧を計測する第１電圧センサと、
   前記第７電極に電気的に接続され、電圧を計測する第２電圧センサと、
   前記第３〜第６電極にそれぞれ電気的に接続された第１〜第４電流センサとを具備し、
   タッチ操作面上から下方に向かって、前記第１非導電体、前記第１透明導電膜、前記マイクロドット、前記第２透明導電膜、前記第２非導電体の順に積層されており、
   前記第１非導電体と、前記第１透明導電膜とによって静電容量方式タッチパネルの構成を実現し、
   前記第１透明導電膜と、前記マイクロドットと、前記第２透明導電膜とによって抵抗膜方式タッチパネルの構成を実現しているタッチパネル構造について、
   前記第１〜第４電流センサの出力に基づいて、表面電荷の変化が発生しているか否かを判断する判断部を具備し、
   前記判断部が、前記表面電荷の変化が発生していないと判断したとき、抵抗膜方式に従って、前記第１及び第２電圧センサの計測値に基づいて、前記タッチパネルのタッチ位置を算出し、
   前記判断部が、前記表面電荷の変化が発生していると判断したとき、静電容量方式に従って、前記第１〜第４電流センサの計測値に基づいて、前記タッチパネルのタッチ位置を算出することを特徴とする位置検知方式選択手法。
6. 請求項５記載の位置検知方式選択手法において、
   前記判断部は、
   外部より入力され、表面電荷の変化が発生しているか否かを示す制御信号が、前記表面電荷が発生していないことを示しているとき、抵抗膜方式に従って、前記第１及び第２電圧センサの計測値に基づいて、前記タッチパネルのタッチ位置を算出し、
   前記制御信号が、前記表面電荷の変化が発生していることを示しているとき、静電容量方式に従って、前記第１〜第４電流センサの計測値に基づいて、前記タッチパネルのタッチ位置を算出することを特徴とする位置検知方式選択手法。
7. 請求項５記載の位置検知方式選択手法において、
   前記判断部は、
   前記第１〜第２電圧センサの第１出力群及び前記第１〜第４電流センサの第２出力群のうち、出力タイミングの早いいずれか一方の出力群を用いて、該当する静電容量方式及び抵抗膜方式のいずれかの方式により、前記タッチパネルのタッチポイントの位置を算出することを特徴とする位置検知方式選択手法。
   

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