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技術 静電容量式キーボード

出願人 東プレ株式会社
発明者 峯崎重樹
出願日 2014年12月26日 (4年6ヶ月経過) 出願番号 2014-264871
公開日 2016年7月11日 (3年0ヶ月経過) 公開番号 2016-127337
状態 特許登録済
技術分野 キーボード等からの入力
主要キーワード センシングライン 変換開始信号 ドライブ制御信号 押下速度 押下量 センシング回路 伸縮状態 ドライブライン
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (12)

課題

押下されたキー及びその押下量を高精度に検出することが可能な静電容量式キーボードを提供する。

解決手段

ドライブライン電圧を択一的にLレベルからHレベルに切り替えドライブ回路11と、各センシングラインに接続され、各センシングラインから唯一のセンシングラインを選択し、選択したセンシングラインに生じる電圧を検出するセンシング回路12及び制御回路15を備える。制御回路15は、各キーに対応した記憶領域を含む記憶部44と、各センシングラインに生じる電圧を取得し、取得した電圧を各キーに対応する記憶領域に記憶させる記憶制御部42と、一のキーが操作された際に、他のキーに対応する記憶領域に記憶された電圧を用いて、一のキーの操作に起因して生じる電圧を補正する補正処理部43を備える。

概要

背景

パソコン等で用いられるキーボードとして、複数の静電容量式キーを備えた静電容量式キーボードが提案され、実用化されている。静電容量式キーボードは、複数のドライブライン、及び、各ドライブラインと交差する複数のセンシングラインを備え、各ドライブラインと各センシングラインとの交差点にそれぞれ静電容量式のキーが配置されている。そして、複数のキーのうちのいずれかが押下されると、該キーに存在する一対の電極間静電容量が増加するので、ドライブラインから、押下されたキーを経由してセンシングラインに電流が流れる。この電流を検出することにより、押下されたキーを認識することができる(例えば、特許文献1参照)。

以下、図10、図11を参照して、従来の静電容量式キーボードについて説明する。図10は、従来の静電容量式キーボードの配置構成を示す説明図、図11は、従来の静電容量式キーボードの等価回路図である。図10に示すように、従来の静電容量式キーボードは、複数のドライブラインM(M-1,M-2,M-3・・・)と、複数のセンシングラインN(N-1,N-2,N-3・・・)が互いに直交して配置されている。各ドライブラインMは、ドライブ回路101に接続され、各センシングラインNは、センシング回路102に接続されている。

各ドライブラインMと各センシングラインNとの交差点にはそれぞれキー103(103a、103b等)が配置されている。そして、キー103を押下することにより、この交差点におけるドライブラインMとセンシングラインNの間の静電容量を変化させることができる。具体的には、キー103が押下されると静電容量が増加する。従って、図ではキーを可変容量コンデンサ記号で示している。

ドライブ回路101は、各ドライブラインMに対して択一的に一定時間だけHレベル電圧印加する。従って、例えば、図10に示すキー103aが押下されると、ドライブラインM-4がHレベルとされた際に、ドライブラインM-4からセンシングラインN-5を経由してセンシング回路102に電流が流れる。即ち、図10の矢印Y0、Y1の経路で電流が流れる。従って、センシング回路102は、ドライブ回路101にてドライブラインM-4がHレベルとされているときに、センシングラインN-5にて電圧が検出されたことに基づいて、キー103aが押下されたことを検出することができる。

しかしながら、誤操作や意図的に複数のキーを押下する等に起因して、キー103a以外のキーが押下されている場合には、センシング回路102にて正確な電圧を検出できなくなる場合が発生する。例えば、キー103aが押下されているときに、キー103bが同時に押下された場合には、ドライブラインM-4に流れる電流は、センシングラインN-5を経由してセンシング回路102に供給されると共に、ドライブラインM-6を経由してグランドに流れる。即ち、図10の矢印Y2に示す経路を通じて電流が流れてしまう。

これを図11に示す等価回路を参照して説明すると、キー103aのみが押下されている場合には、コンデンサC101を流れる電流は、抵抗R2を経由してグランドに流れることになり、抵抗R2の接続点P1の電圧を測定することにより、キー103aが押下されたことを検出できる。この際、同時にキー103bが押下され、コンデンサC102に電流が流れると、センシング回路102で検出される電圧が正常時の電圧に対して相対的に低下するので、キーの押下の有無を判断する閾値に電圧が達せず不検出となる可能性がある。3ヶ所以上同時に押下されていると、更にその可能性は増大する。

ところで、昨今においては、キーのオンオフのみならず、キーの押下量(キーが押下されたときのストローク)を検出する機能を備えるキーボードの提案が望まれている。しかも、同時に多数のキーを押下することにより、多様な入力が可能な機能も、キーボードに望まれている。しかし、特許文献1に開示された技術では、キーのオン、オフを検出することができるものの、キーの押下量を検出することは難しい。また、同時に複数のキーを押下した場合、各キーの押下量を高精度に検出できないという問題が発生する。

概要

押下されたキー及びその押下量を高精度に検出することが可能な静電容量式キーボードを提供する。各ドライブラインの電圧を択一的にLレベルからHレベルに切り替えるドライブ回路11と、各センシングラインに接続され、各センシングラインから唯一のセンシングラインを選択し、選択したセンシングラインに生じる電圧を検出するセンシング回路12及び制御回路15を備える。制御回路15は、各キーに対応した記憶領域を含む記憶部44と、各センシングラインに生じる電圧を取得し、取得した電圧を各キーに対応する記憶領域に記憶させる記憶制御部42と、一のキーが操作された際に、他のキーに対応する記憶領域に記憶された電圧を用いて、一のキーの操作に起因して生じる電圧を補正する補正処理部43を備える。

目的

ところで、昨今においては、キーのオン、オフのみならず、キーの押下量(キーが押下されたときのストローク)を検出する機能を備えるキーボードの提案が望まれている

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

複数のドライブライン、及び前記ドライブラインと交差する複数のセンシングラインを有するキーボードであって、前記各ドライブラインと各センシングラインとの交差点に設けられ、操作子と、前記ドライブライン及び前記センシングラインに接続された一対の電極を備え前記操作子の押下量に応じて各電極間静電容量が変化する電極部と、を有するキーと、前記各ドライブラインに接続され、各ドライブラインの電圧を択一的にローレベルからハイレベル切り替えドライブ回路と、前記各センシングラインに接続され、各センシングラインから唯一のセンシングラインを選択し、選択したセンシングラインに生じる電圧を検出するセンシング回路と、操作されたキー、及びその操作量を検出する制御回路と、を備え、前記制御回路は、前記各キーに対応した記憶領域を含む記憶部と、前記センシング回路により選択されたセンシングラインに生じる電圧を取得し、取得した電圧を、前記ハイレベルとされたドライブラインと、前記選択されたセンシングラインとの交差点に設けられたキーに対応する電圧として前記記憶領域に記憶する記憶制御部と、一のキーが操作された際に、他のキーに対応する記憶領域に記憶された電圧を用いて、前記一のキーの操作に起因して生じる電圧を補正する補正処理部と、を備えたことを特徴とする静電容量式キーボード。

請求項2

前記補正処理部は、前記一のキーが操作された際に、該一のキーと同一のセンシングラインに接続される他のキーに対応する記憶領域に記憶された電圧を用いて、前記一のキーの操作に起因して生じる電圧を補正することを特徴とする請求項1に記載の静電容量式キーボード。

請求項3

前記補正処理部は、前記検出電圧記憶領域に記憶された一のキーの電圧をVin(m,n)(但し、mはドライブラインの番号、nはセンシングラインの番号)とした場合、補正後の電圧Vout(m,n)を、下式で算出することを特徴とする請求項2に記載の静電容量式キーボード。

請求項4

前記記憶領域は、前記各センシングラインに生じた電圧を記憶する検出電圧記憶領域と、前記補正処理部にて補正した補正電圧を記憶する補正電圧記憶領域と、を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の静電容量式キーボード。

請求項5

前記センシングラインの電圧は、前記センシング回路に供給される電源電圧グランド電圧との中間値に保持されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の静電容量式キーボード。

技術分野

0001

本発明は、マトリクス状に配置された複数の静電容量式キーを有する静電容量式キーボードに関する。

背景技術

0002

パソコン等で用いられるキーボードとして、複数の静電容量式のキーを備えた静電容量式キーボードが提案され、実用化されている。静電容量式キーボードは、複数のドライブライン、及び、各ドライブラインと交差する複数のセンシングラインを備え、各ドライブラインと各センシングラインとの交差点にそれぞれ静電容量式のキーが配置されている。そして、複数のキーのうちのいずれかが押下されると、該キーに存在する一対の電極間静電容量が増加するので、ドライブラインから、押下されたキーを経由してセンシングラインに電流が流れる。この電流を検出することにより、押下されたキーを認識することができる(例えば、特許文献1参照)。

0003

以下、図10図11を参照して、従来の静電容量式キーボードについて説明する。図10は、従来の静電容量式キーボードの配置構成を示す説明図、図11は、従来の静電容量式キーボードの等価回路図である。図10に示すように、従来の静電容量式キーボードは、複数のドライブラインM(M-1,M-2,M-3・・・)と、複数のセンシングラインN(N-1,N-2,N-3・・・)が互いに直交して配置されている。各ドライブラインMは、ドライブ回路101に接続され、各センシングラインNは、センシング回路102に接続されている。

0004

各ドライブラインMと各センシングラインNとの交差点にはそれぞれキー103(103a、103b等)が配置されている。そして、キー103を押下することにより、この交差点におけるドライブラインMとセンシングラインNの間の静電容量を変化させることができる。具体的には、キー103が押下されると静電容量が増加する。従って、図ではキーを可変容量コンデンサ記号で示している。

0005

ドライブ回路101は、各ドライブラインMに対して択一的に一定時間だけHレベル電圧印加する。従って、例えば、図10に示すキー103aが押下されると、ドライブラインM-4がHレベルとされた際に、ドライブラインM-4からセンシングラインN-5を経由してセンシング回路102に電流が流れる。即ち、図10の矢印Y0、Y1の経路で電流が流れる。従って、センシング回路102は、ドライブ回路101にてドライブラインM-4がHレベルとされているときに、センシングラインN-5にて電圧が検出されたことに基づいて、キー103aが押下されたことを検出することができる。

0006

しかしながら、誤操作や意図的に複数のキーを押下する等に起因して、キー103a以外のキーが押下されている場合には、センシング回路102にて正確な電圧を検出できなくなる場合が発生する。例えば、キー103aが押下されているときに、キー103bが同時に押下された場合には、ドライブラインM-4に流れる電流は、センシングラインN-5を経由してセンシング回路102に供給されると共に、ドライブラインM-6を経由してグランドに流れる。即ち、図10の矢印Y2に示す経路を通じて電流が流れてしまう。

0007

これを図11に示す等価回路を参照して説明すると、キー103aのみが押下されている場合には、コンデンサC101を流れる電流は、抵抗R2を経由してグランドに流れることになり、抵抗R2の接続点P1の電圧を測定することにより、キー103aが押下されたことを検出できる。この際、同時にキー103bが押下され、コンデンサC102に電流が流れると、センシング回路102で検出される電圧が正常時の電圧に対して相対的に低下するので、キーの押下の有無を判断する閾値に電圧が達せず不検出となる可能性がある。3ヶ所以上同時に押下されていると、更にその可能性は増大する。

0008

ところで、昨今においては、キーのオンオフのみならず、キーの押下量(キーが押下されたときのストローク)を検出する機能を備えるキーボードの提案が望まれている。しかも、同時に多数のキーを押下することにより、多様な入力が可能な機能も、キーボードに望まれている。しかし、特許文献1に開示された技術では、キーのオン、オフを検出することができるものの、キーの押下量を検出することは難しい。また、同時に複数のキーを押下した場合、各キーの押下量を高精度に検出できないという問題が発生する。

先行技術

0009

特開昭62−144223号公報

発明が解決しようとする課題

0010

上述したように、従来における静電容量式キーボードでは、キーが押下された際にオン、オフを検出することができるものの、その押下量を検出することができず、何とかキーの押下量を高精度に検出したいという要望が高まっていた。

0011

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、押下されたキー、及びその押下量を高精度に検出することが可能な静電容量式キーボードを提供することにある。

0012

更に、その押下されたキーが複数であっても、全ての押下量を同時に検出することが可能な静電容量式キーボードを提供することにある。

課題を解決するための手段

0013

上記目的を達成するため、本願発明は、複数のドライブライン、及び前記ドライブラインと交差する複数のセンシングラインを有するキーボードであって、前記各ドライブラインと各センシングラインとの交差点に設けられ、操作子と、前記ドライブライン及び前記センシングラインに接続された一対の電極を備え前記操作子の押下量に応じて各電極間の静電容量が変化する電極部と、を有するキーと、前記各ドライブラインに接続され、各ドライブラインの電圧を択一的にローレベルからハイレベル切り替えるドライブ回路と、前記各センシングラインに接続され、各センシングラインから唯一のセンシングラインを選択し、選択したセンシングラインに生じる電圧を検出するセンシング回路と、操作されたキー、及びその操作量を検出する制御回路と、を備え、前記制御回路は、前記各キーに対応した記憶領域を含む記憶部と、前記センシング回路により選択されたセンシングラインに生じる電圧を取得し、取得した電圧を、前記ハイレベルとされたドライブラインと、前記選択されたセンシングラインとの交差点に設けられたキーに対応する電圧として前記記憶領域に記憶する記憶制御部と、一のキーが操作された際に、他のキーに対応する記憶領域に記憶された電圧を用いて、前記一のキーの操作に起因して生じる電圧を補正する補正処理部と、を備えたことを特徴とする。

発明の効果

0014

本発明に係る静電容量式キーボードでは、操作者により一のキーが押下された場合には、この一のキーの押下量に応じた電圧がセンシングラインに発生し、この電圧がセンシング回路にて検出される。そして、検出された電圧は、記憶部に設定された一のキーに対応する記憶領域内に記憶される。更に、他のキーについても、センシング回路で検出された電圧が、それぞれに対応する記憶領域内に記憶される。そして、一のキーに対応する電圧が検出された場合には、この検出電圧を、他のキーに対応する記憶領域内に記憶されている電圧で補正する。従って、押下されたキー、及びその押下量を高精度に検出することが可能となる。また、押下されたキーが複数である場合でも、全ての押下量を同時に検出することが可能となる。

図面の簡単な説明

0015

本発明の実施形態に係る静電容量式キーボードの回路図である。
本発明の実施形態に係る静電容量式キーボードで用いられるキーの詳細な構成を示す分解斜視図である。
本発明の実施形態に係る静電容量式キーボードで用いられるキーの、2つの電極とコイルスプリングの関係を模式的に示す説明図である。
本発明の実施形態に係る静電容量式キーボードの、ドライブ回路、センシング回路、及び制御回路の詳細な構成を示すブロック図である。
本発明の実施形態に係る静電容量式キーボードの、キーKy-45が押下されたときの電流の流れを示す説明図である。
本発明の実施形態に係る静電容量式キーボードの、キーKy-45が押下されたときの電流の流れを示す等価回路図である。
本発明の実施形態に係る静電容量式キーボードの、唯一のキーが押下された場合と同時に2つのキーが押下された場合の、ピーク電圧の変化を示す波形図である。
本発明の実施形態に係る静電容量式キーボードの、処理手順を示すフローチャートである。
本発明の実施形態に係る静電容量式キーボードの、所望のキーの押下量が小さいとき、及び押下量が大きいときの各信号の変化を示すタイミングチャートである。
従来における静電容量式キーボードの回路図である。
従来における静電容量式キーボードの等価回路図である。

実施例

0016

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る静電容量式キーボード装置の構成を模式的に示す説明図である。図1に示すように、本実施形態に係る静電容量式キーボード10は、複数(例えば、個数i)のドライブラインM(M-1,M-2,M-3,・・,M-i)と、複数(例えば、個数j)のセンシングラインN(N-1,N-2,N-3,・・,N-j)が互いに直交(交差)して配置されている。なお、以下では、ドライブラインを特定せずに示す場合には、符号「M」を付して示し、個々のドライブラインを特定して示す場合には「M-1」のようにサフィックスを付して示すことにする。センシングラインについても同様に、個々を特定せずに示す場合には、符号「N」を付し、個々を特定して示す場合には「N-1」のようにサフィックスを付する。

0017

図1に示すように各ドライブラインMは、ドライブ回路11に接続され、各センシングラインNは、センシング回路12に接続されている。ドライブ回路11、及びセンシング回路12は、制御回路15に接続されており、該制御回路15の制御によりドライブ回路11及びセンシング回路12の駆動が制御される。

0018

各ドライブラインMと各センシングラインNは、それぞれの交差点においてキーKyにより接続されており、通常時(キーKyが押下されていないとき)には双方のラインM,Nは互いの交差点にて電気的に導通していない。そして、後述するように、キーKyは可変容量コンデンサを備えているので、図ではキーKyを可変容量コンデンサの記号にて示している。

0019

キーKyは、図2に示すように、一対の電極Q1、Q2(電極部)を有する基板21、及びハウジング22を備えており、基板21とハウジング22との間には、円錐形状のコイルスプリング23と、柔軟性を有するラバー24、及びプランジャ25が設けられている。なお、電極Q1、Q2とコイルスプリング23は、図示しない絶縁層にて電気的に絶縁されているので、コンデンサを構成する。更に、ハウジング22の上方にキートップ26(操作子)が設けられており、操作者がこのキートップ26を押下することにより、コイルスプリング23が付勢されて、電極Q1、Q2間の静電容量が変化する。即ち、キーKyは、キートップ26を押下する際の押下量に応じて電極Q1、Q2間の静電容量が増大するように構成されている。

0020

なお、以下では、複数のキーKyを特定しない場合には符号「Ky」を付して示し、個々を特定する場合には、交差点となるドライブラインMの番号とセンシングラインNの番号を付して示すことにする。例えば、ドライブラインM-4とセンシングラインN-5との交差点に設けられるキーは符号「Ky-45」で示す。

0021

そして、上述したキーKyに設けられる2つの電極Q1、Q2のうちの、一方の電極Q1がドライブラインMに接続され、他方の電極Q2がセンシングラインNに接続されている。具体的には、図3の模式図に示すように、電極Q1と電極Q2が一定の距離をもって対向配置されており、電極Q1はドライブラインMに接続され、電極Q2はセンシングラインNに接続されている。そして、2つの電極Q1、Q2間に設けられるコイルスプリング23の伸縮状態(即ち、図2に示すキートップ26の押下量)に応じて電極Q1、Q2間の静電容量が変化するので、これに伴って電極Q1から電極Q2に向けて流れる電流が変化する。

0022

以下、図4に示すブロック図を参照して、ドライブ回路11、センシング回路12、及び制御回路15の詳細について説明する。制御回路15は、主制御部41と、記憶制御部42と、補正処理部43、及び記憶部44を備えている。

0023

主制御部41は、制御回路15を総括的に制御すると共に、ドライブ回路11及びセンシング回路12に各種の制御信号を出力する。具体的には、ドライブ回路11に対して、各ドライブラインMを択一的にHレベルとするためのドライブ制御信号を出力する。また、センシング回路12に対して、マルチプレクサ31(後述)の切替制御信号を出力し、ピークホールド回路32(後述)のリセット信号を出力し、A/D変換回路33(後述)の変換開始信号を出力する。

0024

記憶部44は、検出電圧記憶領域45及び補正電圧記憶領域46を備えており、これらの検出電圧記憶領域45及び補正電圧記憶領域46は、それぞれ各キーKyに対しての記憶領域を有している。検出電圧記憶領域45は、m番目のドライブラインM、n番目のセンシングラインNに対して、それぞれ記憶領域Cin(m,n)を有しており、センシング回路12で検出される電圧を、キーKy-mnに対応する電圧Vin(m,n)として記憶する。補正電圧記憶領域46は、m番目のドライブラインM、n番目のセンシングラインNに対して、それぞれ記憶領域Cout(m,n)を有しており、補正処理部43で補正された後の各キーKy-mnに対応する電圧を、電圧Vout(m,n)として記憶する。

0025

記憶制御部42は、HレベルとされたドライブラインMと、各センシングラインNに生じる電圧に基づいて、各交差点に設けられるキーKyに対応する電圧を取得し、取得した電圧を各キーKyに対応する記憶領域(検出電圧記憶領域45及び補正電圧記憶領域46)に書き込む。更には、記憶領域に記憶されている電圧を読み出す制御を行う。

0026

補正処理部43は、センシング回路12で検出される一のキーKyに対応する電圧と、検出電圧記憶領域45に記憶されている他のキーKyに対応する電圧に基づいて、一のキーKyに対応する電圧を補正し、補正後の電圧を補正電圧記憶領域46に記憶する処理を実行する。例えば、キーKy-45に対応する電圧を求める場合には、センシング回路12で検出されるキーKy-45に対応する電圧Vin(4,5)と、検出電圧記憶領域45に記憶されている他のキーKy、即ち、Ky-15、Ky-25、Ky-35、Ky-55、・・、Ky-i5に対応する電圧に基づいて、キーKy-45に対応する電圧Vin(4,5)を補正する。

0027

一方、図1に示すドライブ回路11は、制御回路15より出力される制御指令(ドライブ制御信号)に基づき、各ドライブラインM(M-1〜M-i)に対して択一的に一定時間だけHレベル(ハイレベル)の電圧を印加するように制御する。具体的には、M-1、M-2、・・、M-i、M-1・・の順に各ドライブラインMの電圧をHレベルとする。それ以外のドライブラインMの電圧は、Lレベル(ローレベル)とする。なお、電圧を印加する順序は、上記に限定されず、一定の周期で択一的にドライブラインMの電圧をHレベルとすればよい。なお、上述したように各ドライブラインMはドライブ回路11の制御により、Hレベル及びLレベルが切り替えられるので、図4では、この切替を便宜的にスイッチSW、及びドライブ制御信号を示す矢印で示している。即ち、制御回路15より出力されるドライブ制御信号により、ドライブラインMをHレベルとする指令が供給された場合には、スイッチSWが、「L」から「H」に切り替わり、キーKyにHレベルの電圧が印加されることになる。

0028

センシング回路12は、各センシングラインNに流れる電流に応じた電圧を検出する。以下、詳細に説明する。図4に示すようにセンシング回路12は、抵抗R1とR2の直列接続回路を備え、各抵抗R1、R2の接続点P1は、キーKyの出力端(即ち、図3に示す電極Q2)に接続されている。抵抗R1の一端は電源電圧VBの端子に接続され、抵抗R2の一端はグランドに接続されている。そして、この直列接続回路は、各センシングラインN毎にそれぞれ設けられており、接続点P1はマルチプレクサ31に接続されている。抵抗R1とR2は同一の抵抗値を有している。従って、接続点P1の電圧は、センシング回路12に供給される電源電圧VBとグランド電圧との中間値の電圧となる。

0029

マルチプレクサ31は、各キーKy(Ky-11〜Ky-ij)を経由してセンシングラインNに流れる電流に応じた電圧(抵抗R2の両端に生じる電圧、即ち接続点P1の電圧)を、アナログスイッチにて一定の周期で択一的に切り替えて、ピークホールド回路32に出力する。

0030

ピークホールド回路32は、接続点P1に生じる電圧のピーク値を検出し、検出したピーク値を保持する。制御回路15よりリセット信号が与えられた際に、保持したピーク値をリセットする。

0031

以下、ピークホールド回路32による処理動作を、図9に示すタイミングチャートを参照して説明する。例えば、図9(a)に示すように、時刻t0にてドライブラインM-4がLレベルからHレベルに切り替えられ、キーKy-45が小さい押下量で押下されていると、キーKy-45の静電容量が通常時(キーが押されていないとき)よりも増大しているので、図9(b)に示すように、LからHへの切替時(時刻t0)、及びHからLへの切替時(時刻t1)にてキーKy-45に電流が流れ、接続点P1の電圧が変化する。具体的には、時刻t0では電圧が上昇し、時刻t1では電圧が下降する。そして、ピークホールド回路32(図4参照)は、この電圧(電圧V1)を保持するので、図9(c)に示すように、ピーク時の電圧が保持される。つまり、キーKy-45が小さい押下量で押下されていることが認識される。その後、時刻t2にてリセット信号が与えられると、保持していたピーク値がリセットされる。

0032

一方、時刻t3にてドライブラインM-4がLレベルからHレベルに切り替えられ、キーKy-45が大きい押下量で押下されていると、図9(b)に示すように、時刻t3、t4にてキーKy-45に電流が流れ、接続点P1の電圧が上昇、或いは下降する。この際、キーの押下量が大きいので、電極Q1、Q2間の静電容量が時刻t0の場合よりも相対的に大きくなる。このため、キーKy-45を流れる電流が大きくなり、接続点P1に生じる電圧(電圧V2)が相対的に大きくなる。即ち、V2>V1となる。そして、この電圧のピーク値が保持され、A/D変換回路33に出力される。

0033

A/D変換回路33は、制御回路15より変換開始信号が与えられた際に、ピークホールド回路32で保持した電圧のピーク値をディジタル化し、このディジタルデータを制御回路15に出力する。

0034

従って、図4に示すスイッチSWがオフからオンに切り替わり(即ち、ドライブラインMの電圧がLレベルからHレベルに切り替わり)、このとき操作者の操作により、キーKyが押下されている場合には、接続点P1の電圧が増加する。この電圧は、マルチプレクサ31を経由してピークホールド回路32に供給され、該ピークホールド回路32に一時的に保持された状態で、A/D変換回路33でディジタル化され、制御回路15に出力される。

0035

そして、後述するように、制御回路15では、A/D変換回路33より出力された電圧を補正することにより、押下されたキーKyの押下量を検出し、且つ、その押下量による押下の有無の判断を行う。更には、押下量の時間的変化に基づいて、押下速度の検出が可能となる。

0036

これらのキーKyに対する押下情報(補正後の押下情報)は、主制御部41にてキーコードに変換され、その後、インターフェース(図示省略)を介してホストコンピュータ(図示省略)に送信される。即ち、制御回路15は、センシング回路12にて検出される電圧に基づいて、操作されたキーKy、及びその操作量を検出する機能を備えている。

0037

次に、上記のように構成された本実施形態に係る静電容量式キーボード10の作用について説明する。初めに、キーKyの操作量を検出する原理について、図5図6に示す回路図を参照して説明する。図5は、複数のキーKyのうち、キーKy-45が押下された場合の電流の流れを示す説明図、図6はその等価回路図である。なお、図5では、煩雑さを避けるため、ドライブラインM-4、及びセンシングラインN-5に接続されるキーKyのみを記載し、それ以外のキーKyは記載を省略している。

0038

図5に示すように、キーKy-45が押下されると、図2に示したキートップ26が下方に押下されるので、コイルスプリング23が付勢され、これに伴って電極Q1、Q2間の静電容量が増加する(図3参照)。また、ドライブ回路11では、各ドライブラインMの電圧を順繰りにLレベルからHレベルに切り替えるように制御するので、ドライブラインM-4がHレベルとされたときには、キーKy-45の電極Q1、Q2を経由して電流が流れる。即ち、ドライブラインM-4、キーKy-45、センシングラインN-5の経路(図中の矢印Y0、Y3の経路)で電流が流れ、接続点P1(図6参照)の電圧が上昇する。この電圧は、図4に示したマルチプレクサ31を経由してピークホールド回路32に供給されるので、電圧のピーク値が保持され、更に、A/D変換回路33にて複数段階ディジタル値に変換される。そして、制御回路15に出力される。

0039

一方、キーKy-45が押下されている際に、これと同時にキーKy-45と同一のセンシングラインN-5に接続されたキーKy-65が押下されている場合には、図5に示すように、ドライブラインM-4、センシングラインN-5、キーKy-65、ドライブラインM-6の経路、即ち、矢印Y0、Y4の経路に電流が流れる。このため、キーKy-45が単独で押下されている場合と比較して、矢印Y3の経路でセンシング回路12に流れる電流が相対的に減少してしまう。

0040

更には、同一のセンシングラインN-5に接続された他のキーKy(3個目のキー)が押下されている場合には、矢印Y3の経路に流れる電流の減少がより顕著となる。従って、図7の波形図に示すように、同一のセンシングラインN-5で、唯一のキーKy-45が押下されている場合には、曲線q1のように変化するのに対し、他のキーKy-65が同時に押下されている場合には、曲線q2のように相対的に電圧が低下する。従って、2つのキーKyが同時に押下されることによりセンシング回路12で検出される電圧のピーク値が、v1からv2に変動してしまう。

0041

本実施形態では、一のキーKyが押下されている際に、これと同時に他のキーKyが押下されている場合には、他のキーが押下されていることに起因して低下する電圧を補正することにより、複数のキーKy(主として、同一のセンシングラインNに接続されたキーKy)が同時に押下されることによる検出精度の低下を防止する。具体的には、センシング回路12で検出した電圧に対して、図7に示したピーク電圧v1とv2の差分であるΔvに対応する電圧を演算し、更に、この差分電圧Δvを加算することにより、電圧の検出値を補正する処理を行う。

0042

以下、具体的な処理手順を、図8に示すフローチャートを参照して説明する。図8に示す処理は、図4に示した主制御部41により、所定の周期で実行される。

0043

初めに、ステップS11において、主制御部41は、検出電圧記憶領域45に設定された各キーKy毎の記憶領域Cin(m,n)、及び補正電圧記憶領域46に設定された各キーKy毎の記憶領域Cout(m,n)を初期化する。ここで、「m」、「n」はそれぞれドライブラインM及びセンシングラインNの番号を示しており、mは「1〜i」(iはドライブラインMの数)、nは「1〜j」(NはセンシングラインNの数)である。例えば、Cin(4,5)は、検出電圧記憶領域45に設定された「キーKy-45」の押下により生じた電圧の検出値を記憶する領域を示す。

0044

ステップS12において、主制御部41は、n=1、m=1に設定する。ステップS13において、主制御部41は、ドライブ回路11に、ドライブラインM-mにHレベルの電圧を印加する制御信号を出力し、且つ、マルチプレクサ31にセンシングラインN-nを選択する制御信号を出力する。これにより、ドライブラインM-mがHレベルとされ、マルチプレクサ31によりセンシングラインN-nが選択される。

0045

ステップS14において、主制御部41は、キーKy-mnのセンシングラインN-nに生じる電圧Vin(m,n)を検出し、記憶領域Cin(m,n)に記憶する。初期的には、n=1、m=1であるので、キーKy-11のセンシングラインN-1に生じる電圧Vin(1,1)を検出し、これを記憶領域Cin(1,1)に記憶する。

0046

ステップS15において、主制御部41は、記憶領域Cin(m,n)に記憶された電圧Vin(m,n)に補正を加えて補正電圧Vout(m,n)を求め、この補正電圧Vout(m,n)を補正電圧記憶領域46に設定された記憶領域Cout(m,n)に記憶する。この補正処理は、以下に示す(1)式にて行われる。



但し、0<k<1である。
なお、参考として上記の(1)式は、下記(2)式で示すこともできる。
Vout(m,n)=Vin(m,n)+k{Vin(1,n)+Vin(2,n)+・・+Vin(m-1,n)
+Vin(m+1,n)+・・+Vin(j-1,n)+Vin(j,n)} …(2)

0047

上記の(1)式は、例えばキーKy-11のセンシングラインでN-1で検出される電圧Vin(1,1)に対して、このキーKy-11と同一のセンシングラインN-1に接続されているキーKy-m1の記憶領域Cin(m,1)に記憶された電圧Vin(m,1)の合計(但し、Vin(1,1)を除く)に、定数kを乗算した数値図7に示したΔvに相当する電圧)を加算することにより、補正電圧を演算している。そして、演算された補正電圧Vout(1,1)は記憶領域Cout(1,1)に記憶される。なお、初期的には、ステップS11の処理で各記憶領域Cin(m,n)はリセットされているので、記憶領域Cin(1,1)以外の記憶領域Cin(m,n)はすべてゼロとされている。しかし、後述するように、本処理を繰り返して実行することにより、各記憶領域Cin(m,n)には、対応するキーKyで検出される電圧が記憶されるので、これらの電圧を用いることにより、上記(1)式の演算を実行することができる。

0048

ステップS16において、主制御部41は、必要に応じてキーKy-mnの情報、及び記憶領域Cout(m,n)に記憶されている補正電圧Vout(m,n)の情報をホストコンピュータ(図示省略)に送信する。

0049

ステップS17において、主制御部41は、mをインクリメントして「m=m+1」とする。

0050

ステップS18において、主制御部41は、mとi(ドライブラインMの数)を比較し、m≦iである場合には、ステップS13に処理を戻す。m≧iである場合には、ステップS19に処理を進める。

0051

ステップS19において、主制御部41は、m=1とし、nをインクリメントして「n=n+1」とする。即ち、1番目のセンシングラインN-1と、1番目〜i番目のドライブラインMとの交差点に存在する各キーKy-11〜Ky-i1についての検出電圧の測定が終了したならば、2番目のセンシングラインN-2についての検出電圧の測定に移行する。

0052

ステップS20において、主制御部41は、nとj(センシングラインNの数)を比較し、n≦jである場合には、ステップS13に処理を戻す。n≧jである場合には、ステップS21に処理を進める。

0053

ステップS21において、主制御部41はn=1として、ステップS13に処理を戻す。

0054

そして、ステップS13〜S21の処理を繰り返すことにより、検出電圧記憶領域45に設定されている各記憶領域Cin(m,n)に、各キーKy-mnで検出された電圧Vin(m,n)が記憶され、且つ、補正電圧記憶領域46に設定されている各記憶領域Cout(m,n)に、各キーKy-mnに対応する補正電圧Vout(m,n)が記憶される。

0055

次に、前述したステップS15の処理を、同一のセンシングラインNに接続された2つのキーKyが同時に押下されている場合、具体的には、図5に示すように、センシングラインN-5に接続されたキーKy-45と、キーKy-65が同時に押下された場合を例に挙げて、より詳細に説明する。

0056

ドライブ回路11の制御により、ドライブラインM-4が「H」レベルとされると、上述したように、矢印Y0、Y3の経路で電流が流れるので、図6に示す等価回路の点P1にはキーKy-45が押下されたことによる電圧が生じる。この際、同時にキーKy-65が押下されていることにより、矢印Y4の経路で電流が流れてしまい、点Pに生じる電圧は、キーKy-45が単独で押下されている場合と比較して電圧が低下する。つまり、図7の曲線q2に示したように、電圧特性が低下し、本来の電圧(キーKy-45が単独で押下された場合の電圧)と対比してピーク電圧にΔvの変化が生じてしまう。

0057

図8のステップS15の処理では、前述した(1)式により、補正処理を行っている。具体的には、キーKy-65が同時に押下されているので、このキーKy-65に対応する記憶領域Cin(6,5)に記憶されている電圧Vin(6,5)を読み出し、更にこの電圧Vin(6,5)に定数k(0<k<1)を乗じた数値を、記憶領域Cin(4,5)に記憶されている電圧Vin(4,5)に加算している。そして、この加算結果である補正電圧Vout(4,5)を記憶領域Cout(4,5)に記憶する。この際、定数kは、初期設定により適切な数値に設定されている。従って、前述した(1)式は、以下に示す(3)式となる。
Vout(4,5)=Vin(4,5)+k・Vin(6,5) …(3)

0058

そして、(3)式の右辺第2項である「k・Vin(6,5)」は、図7に示した差分電圧Δvに相当するので、(3)式を演算することにより、キーKy-65が同時に押下されたことによる検出電圧の誤差分を補正することができる。

0059

そして、制御回路15は、上記の処理により、キーKy-45が押下されていること、及びその押下量を認識することができる。具体的には、図9に示したように、キーKy-45が小さい押下量で押下されている場合、及び大きい押下量で押下されている場合を識別して認識することができる。

0060

また、図9では、押下量が小さい場合と大きい場合の2通りの段階について示しているが、電極Q1、Q2間の静電容量はキーKyの押下量に応じて連続的に変化するので、この変化量に応じて複数通りの検出が可能である。例えば、キーKyの押下量を5段階に区分し、接続点P1に生じる電圧に基づいて電圧値を5段階で検出すれば、キーKyの押下量を5段階(複数段階のディジタル値)で認識することができる。

0061

上記のようにして、各ドライブラインMにHレベルの電圧を逐次印加することと、マルチプレクサ31にて各センシングラインNを逐次切り替えることにより、各キーKyの押下の有無、その操作量や、押下速度を検出できる。更に、それら全てのキーKyの情報をホストコンピュータ(図示省略)に送信することができる。

0062

従って、所望するキーKy-45が押下されているときに、誤操作により予期しないキーKy-65が同時に押下された場合、及び、意図的にキーKy-65を押下した場合、のいずれにおいても、キーKy-45が押下されたこと、及びその押下量を高精度に検出することが可能となる。

0063

このようにして、本実施形態に係る静電容量式キーボード10では、各キーKy-mnが押下された際にセンシングラインN-nに生じる電圧Vin(m,n)を、記憶部44の検出電圧記憶領域45に設定された記憶領域Cin(m,n)に記憶する。そして、一のキーとして例えばKy-45が押下された場合には、他のキーKyのセンシングラインNに生じる電圧を用いて、キーKy-45のセンシングラインN-5に生じる電圧を補正する。従って、押下されたキーKyの検出、及びその押下量、押下速度を高精度に検出することが可能となる。このため、キーKyの押下量、押下速度に基づくアプリケーションプログラム微細動き等の指示を入力できるようになり、従来の単なるオン、オフのみのキーボードとしての機能のみならず、新たな入力装置を提供できる。例えば、新たなゲームソフト等に応用し、精細操作命令を本発明のキーボードより指示が可能となる。

0064

また、他のキーKyとして、キーKy-45と同一のセンシングラインN-5に接続されたキーKy-m5(但し、キーKy-45を除く)のセンシングラインN-5に生じる電圧を用いて、キーKy-45のセンシングラインN-5に生じる電圧を補正すれば、押下量の検出精度をより一層向上させることが可能となる。

0065

また、図4に示した2つの抵抗R1、R2の抵抗値を同一とし、電源電圧VBを分圧して接続点P1の電圧を生成するので、センシングラインNより供給される電流により生じる電圧の安定化を図ることができる。このため、キーKyの押下情報を安定的に検出することが可能となる。

0066

以上、本発明の静電容量式キーボードを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。

0067

例えば、上記した実施形態では、各ドライブラインMと各センシングラインNの交差点にそれぞれキーKyが配置される構成を示したが、本発明は、これに限定されるものではなく、交差点にキーKyが配置されていない箇所が存在しても良い。また、ドライブラインMとセンシングラインNの数は同数であってもよい。即ち、i=jとすることもできる。

0068

更に、上述した実施形態では、センシング回路12に設ける2つの抵抗R1、R2の抵抗値が同一である例について説明したが、本発明はこれに限定されず、異なる抵抗値としてもよい。

0069

10静電容量式キーボード
11ドライブ回路
12センシング回路
15制御回路
21基板
22ハウジング
23コイルスプリング
24ラバー
25プランジャ
26キートップ
31マルチプレクサ
32ピークホールド回路
33 A/D変換回路
41 主制御部
42記憶制御部
43補正処理部
44 記憶部
45検出電圧記憶領域
46補正電圧記憶領域
Q1,Q2電極
R1抵抗
R2 抵抗
SW スイッチ

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