JP2002073262A - 入力状態検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 入出力端子を有効利用するために入力スイッ
チ等をマトリクス状に構成した入力状態検出装置に関
し、マトリクスを構成するすべてのスイッチにそれぞれ
直列に接続するダイオードを不要にし、しかも３ケ以上
のスイッチ同時押しが発生しても正しいスイッチ情報が
得られるという小型・低コストの入力状態検出装置の提
供を目的とする。 【解決手段】 列側電位設定手段１０と行側電位設定手
段１４によって所定の時間間隔で順次切り換えてマトリ
クス回路の任意の一列以外のすべての列と任意の一行の
電位を同電位とし、スイッチがオンしている列と行に所
定の電位差が生じた時に当該任意の行に流れる電流を検
出することで任意の一列と任意の一行間にあるスイッチ
状態や抵抗値を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子機器におい
て、複数の入力スイッチなどをマトリクス状に配置し、
任意のスイッチなどに外部入力が加わった時それを検出
する入力状態検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、マイクロコンピュータ（以下、マ
イコンと略す）やゲートアレイの普及により、これらに
よって多くの電子機器が制御され、このような電子機器
では入力状態を知るための数多くの入力スイッチ等が設
けられている。

【０００３】しかしながら、マイコンやゲートアレイと
いった集積回路の入出力端子数には限りがある上に、配
線総数によっては電子機器全体の大型化を招く。

【０００４】そこで、有限数の入出力端子を有効利用す
るとともに、配線効率を上げるために、入力状態を知る
ための複数の入力スイッチ等をマトリクス状に構成する
手段が知られている。

【０００５】このような従来の入力状態検出装置につい
て、図８、図９を用いて説明する。

【０００６】図８は従来の入力状態検出装置の構成図で
あり、一例として三つの列電極と三つの行電極をマトリ
クス状に配設した入力部を備えたもので説明する。

【０００７】三つの列電極へ順次信号を供給する列信号
出力手段１にはマトリクス状に構成された入力部の各列
の列端子Ａ０〜Ａ２が接続され、行信号入力手段２には
各行の行端子Ｂ０〜Ｂ２が接続され、各行端子Ｂ０〜Ｂ
２には、３本の抵抗Ｒ３〜Ｒ５がそれぞれグランドとの
間に接続されている。

【０００８】そして、各々の列端子Ａ０〜Ａ２と行端子
Ｂ０〜Ｂ２の各交点には、スイッチＳＷｘ ｙ（ｘ＝
０，１，２、ｙ＝０，１，２）とダイオードＤｘ ｙが
直列接続されて入力状態検出装置が構成されている。

【０００９】図９は、図８における各部の電圧波形のタ
イミング図であり同図において、Ｖａ０は列端子Ａ０の
印加電圧波形、Ｖａ１は列端子Ａ１の印加電圧波形、Ｖ
ａ２は列端子Ａ２の印加電圧波形であり、同期タイミン
グを示す破線により、列端子Ａ０，Ａ１，Ａ２の順にロ
ーレベル（同図中にはＬと記載している）がハイレベル
（同図中にはＨと記載している）に順次切り換わってい
く様子を示している。

【００１０】拡大Ｖａ１は、Ｖａ１の波形の１部を拡大
したものであり、同様に拡大して示したＶｂ０は行端子
Ｂ０への出力電圧波形、Ｖｂ１は行端子Ｂ１への出力電
圧波形、Ｖｂ２は行端子Ｂ２への出力電圧波形である。
同期タイミングを示す破線により、列端子Ａ１と行端子
Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２の電圧波形の関係を示している。

【００１１】以下、図８と図９によりその動作を説明す
る。

【００１２】図８において、まず、スイッチＳＷ１ １
がオン状態であり、その他のスイッチはすべてオフして
いる場合を考える。

【００１３】列端子Ａ０がハイレベル、列端子Ａ１およ
びＡ２がローレベル、すなわち０Ｖであるタイミングに
おいては、スイッチＳＷ０ ０、ＳＷ１ ０、ＳＷ２
０がすべてオフしているので行端子Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２は
抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５によりグランドに接続されている
関係上、すべてローレベル、すなわち０Ｖになる。

【００１４】次に列端子Ａ１がハイレベル、列端子Ａ０
およびＡ２がローレベル、すなわち０Ｖであるタイミン
グにおいては、スイッチＳＷ０ １とスイッチＳＷ２
１がオフしているので行端子Ｂ０と行端子Ｂ２は抵抗Ｒ
３，Ｒ５によりグランドに接続されている関係上ローレ
ベル、すなわち０Ｖとなるが、スイッチＳＷ１ １はオ
ンしているので、列端子Ａ１から、スイッチＳＷ１
１、ダイオードＤ１ １、抵抗Ｒ４の順に電流が流れ、
列端子Ａ１のハイレベルは行端子Ｂ１に伝わる。

【００１５】次に列端子Ａ２がハイレベル、列端子Ａ０
およびＡ１がローレベル、すなわち０Ｖであるタイミン
グにおいては、スイッチＳＷ０ ２、スイッチＳＷ１
２、スイッチＳＷ２ ２がすべてオフしているので行端
子Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２は抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５によりグラ
ンドに接続されている関係上、すべてローレベル、すな
わち０Ｖになる。

【００１６】以上の動作を行端子および列端子側からみ
ると、列端子Ａ１がハイレベルのときだけ行端子Ｂ１の
みハイレベルになることにより、スイッチＳＷ１ １だ
けがオン状態、そしてその他のスイッチはすべてオフ状
態であることが検出できる。

【００１７】以上一例について説明したが、列端子印加
信号と行端子出力信号の組み合せによりすべてのスイッ
チについてオンオフの入力状態を知ることができること
になる。

【００１８】さて、ここでスイッチと直列に接続してい
るダイオードの役割りについて述べておく。

【００１９】その例として、スイッチＳＷ０ ０、ＳＷ
０ １、ＳＷ１ ０がオン状態であり、その他のスイッ
チはすべてオフしている場合を考える。

【００２０】列端子Ａ０がハイレベル、列端子Ａ１およ
びＡ２がローレベル、すなわち０Ｖであるタイミングに
おいては、スイッチＳＷ２ ０はオフしているので行端
子Ｂ２は抵抗Ｒ５によりグランドに接続されている関係
上ローレベル、すなわち０Ｖとなるが、スイッチＳＷ０
０とＳＷ１ ０はオンしているので、列端子Ａ０か
ら、スイッチＳＷ０ ０、ダイオードＤ０ ０、抵抗Ｒ
３の順に電流が流れ、列端子Ａ０のハイレベルは行端子
Ｂ０に伝わり、また列端子Ａ１から、スイッチＳＷ１
０、ダイオードＤ１ ０、抵抗Ｒ４の順に電流が流れ、
列端子Ａ１のハイレベルは行端子Ｂ１に伝わる。

【００２１】このとき、スイッチＳＷ０ １がオン状態
であり、行端子Ｂ０がハイレベル、列端子Ａ１がローレ
ベルになるので、スイッチＳＷ０ １と接続されている
ダイオードＤ０ １が無い場合は、列端子Ａ１と行端子
Ｂ０、すなわち列端子Ａ１と列端子Ａ０がショート状態
になり、列信号出力手段の出力間がショートすることに
なる。

【００２２】したがって、この状態においてダイオード
Ｄ０ １は列端子Ａ０と列端子Ａ１のショートを防ぐ役
割りを持つ。

【００２３】次に列端子Ａ１がハイレベル、列端子Ａ０
およびＡ２がローレベル、すなわち０Ｖであるタイミン
グにおいては、スイッチＳＷ１ １、ＳＷ２ １はオフ
しているので行端子Ｂ１，Ｂ２は抵抗Ｒ４，Ｒ５により
グランドに接続されている関係上、すべてローレベル、
すなわち０Ｖになるが、スイッチＳＷ０ １はオンして
いるので、列端子Ａ１から、スイッチＳＷ０ １、ダイ
オードＤ０ １、抵抗Ｒ３の順に電流が流れ、列端子Ａ
１のハイレベルは行端子Ｂ０に伝わる。

【００２４】このとき、スイッチＳＷ０ ０がオン状態
であるので、ダイオードＤ０ ０は上述した同様の作用
により、列端子Ａ０と列端子Ａ１のショートを防ぐ役割
りを持つ。

【００２５】さらに、ここで例えば、列、列端子間のシ
ョートが発生しても列信号出力手段１が破壊しないよう
なオープンコレクタ出力方式（この例では列端子Ａ１が
ハイレベル、列端子Ａ０および列端子Ａ２がハイインピ
ーダンスとなる）を採用しても、ダイオードＤ０ ０が
無い場合は、行端子Ｂ０のハイレベルがスイッチＳＷ０
０を介して列端子Ａ０に伝わり、スイッチＳＷ１ ０
がオンしているので行端子Ｂ１もハイレベルにしてしま
う。

【００２６】また、列端子Ａ１がハイレベルのとき、行
端子Ｂ１がハイレベルになると、スイッチＳＷ１ １が
オン状態と同じ結果であり、実際にはオフ状態であるス
イッチＳＷ１ １の状態を誤って検出したことになる。

【００２７】したがって、スイッチと直列に接続するダ
イオードは、列、列端子間ショート防止以外に、同時に
３ケ以上のスイッチがオンしている状態でのすべてのマ
トリクス上スイッチを正確に検出する場合は、必要不可
欠な部品であることがわかる。

【００２８】以上、従来のマトリクス回路による入力状
態検出装置について説明したが、これは、図８に示した
ような３列×３行に限定したものではなく、ｎ列とｍ行
（ｎ、ｍ＝自然数）のマトリクスを構成することで（ｎ
＋ｍ）本の信号線で（ｎ×ｍ）ケのスイッチ状態が検出
できる入力状態検出装置となる。

【００２９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図８に
おける従来の入力状態検出装置においては、マトリクス
を構成するすべてのスイッチにそれぞれ直列にダイオー
ドを接続する必要があり、小型・低コスト化の阻害要因
になっていた。

【００３０】本発明は、このような従来の課題を解決す
るものであり、マトリクスを構成する入力スイッチなど
の外部入力の検知手段に直列にダイオードを接続する必
要がなく小型で低コスト、しかもマトリクス上の入力ス
イッチが同時にいくつオンしてもその入力状態の正しい
情報が得られるという入力状態検出装置の提供を目的と
する。

【００３１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は以下の構成を有するものである。

【００３２】本発明の請求項１に記載の発明は、交点に
外部入力に応じて導通状態が変化する直列接続体を備え
たマトリクス回路の、任意の一つの列電極を所定時間間
隔で第１の電位に設定し、その他の列電極は第１の電位
とは異なる第２の電位に設定する列側電位設定手段を設
け、このマトリクス回路を形成する任意の一つの行電極
を所定時間間隔で前記第２の電位と同電位に設定する行
側電位設定手段を設け、行電極に流れる電流を検出する
電流検出手段とを設けて、行、列電極の交点に外部入力
が加えられた時に第１および第２の電位の電位差によっ
て流れる電流を検出する入力状態検出装置としたもので
ある。これにより、マトリクス回路上の交点に接続され
た直列接続体に外部入力が加わり、しかもこの交点が第
１および第２の電位による電位差を有した時のみに当該
の交点をなす行電極に流れる電流が電流検出手段によっ
て検出され、当該の交点の直列接続体の状態を検出する
ことができ、また、複数の直列接続体に外部入力が加わ
った状態であっても列電極と行電極の電位が等しい行、
列電極間には電流が流れないために、第２の電位を設定
した行電極に流れる電流は第１の電位を設定した列電極
からしか流れ込まず、各行、列電極の電位を所定時間間
隔で第１および第２の電位に変化させることによって複
数の直列接続体のそれぞれの状態を独立して検出できる
ので、複数の電極のショートを防ぐためのダイオード等
が不要で小型、低コストのものを提供できるという作用
を有する。

【００３３】請求項２記載の発明は、請求項１の発明に
おいて、直列接続体が、感圧スイッチと抵抗を直列接続
して構成されるものであり、感圧スイッチや抵抗をディ
スクリート部品を用いたり、印刷などの方法で形成する
こともでき、低コスト化の実現が容易であるという作用
を有する。

【００３４】請求項３記載の発明は、請求項１の発明に
おいて、直列接続体が、感圧抵抗体のみで構成されるも
のであり、マトリクス回路上にある感圧抵抗がどのよう
な値であっても列電極と行電極の電位の等しい行、列電
極間には電流が流れないために、第２の電位を設定した
行電極に流れる電流は第１の電位を設定した列電極から
しか流れ込まず、この行電極に流れる電流値を検出する
ことで、当該行、列電極上の圧力情報を含んだ抵抗値が
検出できるという作用を有する。

【００３５】請求項４記載の発明は、請求項１の発明に
おいて、直列接続体が感熱抵抗体のみで構成されるもの
であり、マトリクス回路上にある感熱抵抗がどのような
値であっても列電極と行電極の電位の等しい行、列電極
間には電流が流れないために、第２の電位を設定した行
電極に流れる電流は第１の電位を設定した列電極からし
か流れ込まず、この行電極に流れる電流値を検出するこ
とで、当該行、列電極上の温度情報を含んだ抵抗値が検
出できるという作用を有する。

【００３６】請求項５記載の発明は、請求項３の発明に
おいて、各行、列電極間の感圧抵抗体を平板状の一部材
で構成されるものであり、列電極と行電極の電位の等し
い行、列電極間には電流が流れないために、第２の電位
を設定した行電極に流れる電流は第１の電位を設定した
列電極からしか流れ込まず、この行電極に流れる電流値
を検出することで、当該行、列電極上の圧力情報を含ん
だ抵抗値が検出できると共に平板状の一枚の感圧抵抗体
で容易にマトリクス回路を構成できるという作用を有す
る。

【００３７】請求項６記載の発明は、請求項１の発明に
おいて、直列接続体に行、列電極の交点に接触した人の
手指の表面抵抗を利用するものであり、マトリクス回路
上に接触した手指の指紋の隆線部と降線部の違いによ
り、人体皮膚の表面抵抗がどのような値であっても列電
極と行電極の電位の等しい行、列電極間には電流が流れ
ないために、第２の電位を設定した行電極に流れる電流
は第１の電位を設定した列電極からしか流れ込まず、こ
の行電極に流れる電流値を検出することで、当該行、列
電極上の隆線部、降線部の情報を含んだ人体の皮膚表面
の抵抗値が検出できるという作用を有する。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図１〜図７を用いて説明する。

【００３９】なお、従来の技術の項で説明した構成と同
一構成の部分には同一符号を付して詳細な説明を省略す
る。

【００４０】（実施の形態１）実施の形態１を用いて、
本発明の特に請求項１および２記載の発明について説明
する。

【００４１】図１は本発明の第一の実施の形態による入
力状態検出装置の構成図であり、マトリクス回路９は、
各々の行、列端子間に、スイッチＳＷｘ ｙ（ｘ＝０，
１，…，７、ｙ＝０，１，…，７）と抵抗ｒｘ ｙを直
列に接続した直列接続体を接続して構成している。

【００４２】そして、マトリクス回路９の各列の列端子
Ａ０，Ａ１，…，Ａ７には列側電位設定手段１０の出力
端子を接続し、この列側電位設定手段１０には、マイコ
ンポート等より列信号および第１の電位Ｖｓとして電源
の電位を入力すると共に、電源電圧Ｖｓを２つの抵抗Ｒ
１１と抵抗Ｒ１２で分圧生成した電位Ｖｄを２つに分岐
し、一方はバッファ回路を構成するオペアンプ１３を介
して、列側電位設定手段１０に入力する。

【００４３】一方、マトリクス回路９の各行の行端子Ｂ
０，Ｂ１，…，Ｂ７には行側電位設定手段１４の個別入
出力端子を接続し、この行側電位設定手段１４にはマイ
コンポート等より行信号を与え、行側電位設定手段１４
の共通入出力端子ＣＯＭにオペアンプ１５の反転入力端
子を接続する。

【００４４】オペアンプ１５の非反転入力端子は抵抗Ｒ
１１，Ｒ１２で生成して分岐したもう一方の電位Ｖｄに
接続し、オペアンプ１５の出力端子と行側電位設定手段
１４の共通入出力端子ＣＯＭの間には、この共通入出力
端子ＣＯＭに流れる電流を検出する電流検出手段１６で
ある抵抗Ｒ１７を接続し、オペアンプ１５の出力端子の
電位Ｖｏを読み出す構成としている。

【００４５】図２は、図１における各部の電圧および電
流波形のタイミング図であり、同図において、Ｅａ０は
列端子Ａ０の電圧波形、Ｅａ１は列端子Ａ１の電圧波
形、Ｅａ７は列端子Ａ７の電圧波形である。

【００４６】列端子Ａ２〜Ａ６の電圧波形は同様にＥａ
１とＥａ７の間で順次変わるので省略しているが、破線
で示す同期タイミングに従って列端子Ａ０，Ａ１，Ａ
２，…，Ａ７の順に電位Ｖｄが電位Ｖｓに順次切り換わ
っていく様子を示している。

【００４７】図中の拡大Ｅａ１は、Ｅａ１の波形の１部
を拡大したものであり、同様に拡大して表示したＥｂ０
は行端子Ｂ０の電圧波形、Ｅｂ１は行端子Ｂ１の電圧波
形、Ｅｂ７は行端子Ｂ７の電圧波形であり、行端子Ｂ２
〜Ｂ６の電圧波形は同様にＥｂ１とＥｂ７の間で順次変
わるので省略しているが、同期タイミングを示す破線に
より、列端子Ａ１と行端子Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２，…，Ｂ７
の電圧波形の関係を示している。

【００４８】Ｉｃｏｍは、行側電位設定手段１４の共通
入出力端子ＣＯＭの電流波形であり、これは図１で示す
いずれかのスイッチＳＷｘ ｙがオンである時、そのス
イッチＳＷｘ ｙの接続された行電極が行信号で選択さ
れたときに流れる電流に等しく、さらに図１中の電流検
出手段１６に流れる電流ｉの波形に等しい。

【００４９】以下、図１と図２によりその動作を説明す
る。

【００５０】図１における列側電位設定手段１０によ
り、列端子Ａ０〜Ａ７のうち、任意の一列を電位Ｖｓに
し、その他の列の電位をＶｄにする。ここでは、列側電
位設定手段１０に列を選択するための列信号と電位Ｖ
ｓ、電位Ｖｄが与えられているので列側電位設定手段１
０は、出力側の電位を順次切り換えるデコーダやアナロ
グスイッチなどで構成されるものでよい。

【００５１】今、図２の円で囲われた部分で示すように
ここでは列端子Ａ１が電位Ｖｓでその他の列端子Ａ０，
Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａ６，Ａ７は電位Ｖｄである
とする。そしてこのタイミングで、任意の一行を電位Ｖ
ｄにして、かつその行に流れる電流を検知するために、
デコーダやアナログスイッチ等で構成された行側電位設
定手段１４は与えられた行信号に基づき、任意の一行を
共通入出力端子ＣＯＭへ順次切り換え接続する。

【００５２】このように列端子Ａ１が電位Ｖｓである間
に行信号が加えられた行側電位設定手段１４によって行
端子Ｂ０，Ｂ１，…，Ｂ７の電位が順に切り換わってい
く様子を図２に示している。今、ここでは共通入出力端
子ＣＯＭと行端子Ｂ０が接続されたものとする。

【００５３】このような状態において、行端子Ｂ０と列
端子Ａ０，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａ６，Ａ７はすべ
てＶｄという同電位にあるため、これら列端子Ａ０，Ａ
２，Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａ６，Ａ７からは各々接続され
たスイッチのオンオフに関わらず、電流は流れ込んでこ
ない。行端子Ｂ０に電流が流れる可能性は、唯一、列端
子Ａ１と行端子Ｂ０間に接続されたスイッチＳＷ０ １
がオンの状態のときだけである。そして図２に示すよう
に、このとき共通入出力端子ＣＯＭ端子の電流が０であ
る場合、スイッチＳＷ０ １はオフ状態であることが検
出できる。

【００５４】そして次に共通入出力端子ＣＯＭと行端子
Ｂ１が接続されたものとする。このような状態において
は、同様の考え方で行端子Ｂ１に電流が流れる可能性
は、唯一、行端子Ａ１と行端子Ｂ１間に接続されたスイ
ッチＳＷ１ １がオンの状態のときだけである。そして
図２に示すように、このとき共通入出力端子ＣＯＭに電
流ｉが流れる場合、スイッチＳＷ１ １はオン状態であ
ることが検出できるが、電流ｉの値は、（数１）で定ま
り、例えばＶｓ＝５．０Ｖ、Ｖｄ＝４．５Ｖ、ｒｘ ｙ
＝１００Ω、Ｒ１７＝８００Ωとすればスイッチオフ
時、電流ｉは０となり、オペアンプ１５の出力端子の電
位Ｖｏ＝４．５Ｖとなり、スイッチオン時、電流ｉは５
ｍＡとなり、オペアンプ１５の出力端子の電位Ｖｏ＝
０．５Ｖになることにより、５Ｖ系で動作させるＣＭＯ
Ｓ型ＩＣやマイコンなどをオペアンプ１５の出力端子に
直結することも可能である。

【００５５】

【数１】

【００５６】このように本実施の形態によれば、行電極
と列電極の電位を順次切り換えることで、すべてのマト
リクス上のスイッチ状態が同時オンの数に関係なく、そ
してダイオードを使用することなく正確に検出できるこ
とになる。

【００５７】（実施の形態２）実施の形態２を用いて、
本発明の特に請求項３〜６記載の発明について説明す
る。図３は本発明の第二の実施の形態による入力状態検
出装置の構成図であり、同図において、マトリクス回路
９は、各々の行、列端子間に、抵抗ｒｘ ｙ（ｘ＝０，
１，…，７、ｙ＝０，１，…，７）を接続している。そ
の他は基本的に図１と同様であり詳しい説明を省略する
が、オペアンプ１５の出力端子には、アナログ値をデジ
タル値に変換するアナログ・デジタル変換器（同図中に
おいてはＡＤ変換器と記載している。以下文中において
もＡＤ変換器と記載する。）１８を接続する構成として
いる。

【００５８】この図３に対応する各部の電圧および電流
の波形は、図２と同様であり、基本的な動作も実施の形
態１で記載したものと大差はない。

【００５９】ただ、実施の形態１と異なるのは、マトリ
クス上に存在する抵抗ｒｘ ｙの抵抗値そのものが、Ｖ
ｏ値を知ることで検出できるという点にある。

【００６０】すなわち、（数２）に記載するようにＲ１
７，Ｖｓ，Ｖｄ，Ｖｏの各値がすべて明確になるので、
ｒｘ ｙは計算で求めることができる。

【００６１】

【数２】

【００６２】したがって、このように本実施の形態によ
れば、マトリクス回路９の構成部品である直列接続体に
スイッチを含まない、感圧抵抗体や感熱抵抗体等を使用
することが可能となり、複数の圧力情報や温度情報を正
確に得ることができることになる。

【００６３】また、感圧抵抗体では、マトリクス回路交
点部に個々に感圧抵抗体を配置するのではなく、感圧抵
抗体を一枚の部材として、すべてのマトリクス回路交点
部にまたがって配置しても各交点での圧力情報を検出す
ることは可能である。

【００６４】図４は、本実施の形態の要部である一部材
からなる感圧抵抗体マトリクス構造体の斜視図であり、
構造を理解し易いように表面の一部を切除し、内部を透
視して示したものであり、一部材からなる感圧抵抗体１
９の表裏にそれぞれ列電極２０と行電極２１を交差状に
配置している。

【００６５】図５は、図４に示したマトリクス構造体の
交点部の部分拡大斜視図であり、列電極２０のある面を
正面に据え、透視で見て行電極２１と交差する部分であ
るマトリクス交点２２を中心とするマトリクス交点部抵
抗２３がマトリクス回路９を形成する行、列電極間抵抗
に相当する。

【００６６】このような配置例では、所定のマトリクス
交点部抵抗２３の抵抗だけでなく、あらゆる行、列電極
間、行、行電極間、列、列電極間に抵抗が存在すること
になり、マトリクス上の検出すべき一つのマトリクス交
点部抵抗２３の抵抗値以外の抵抗値による影響が考えら
れるが、図４中に示す行、列間隔Ｐｔを同図中に示す列
間隔Ｐａや行間隔Ｐｂと比較して同等もしくはそれ以下
に小さくすることで、当該行、列電極間以外の抵抗によ
る影響を少なくして、マトリクス上の圧力情報を入手す
ることが可能になる。

【００６７】このような当該行、列電極間以外の抵抗の
影響をさらに小さくするには、電流検出する当該行電極
の隣接行電極やあるいはすべての行電極電位をＶｄに設
定するような工夫も考えられる。

【００６８】次に図３におけるマトリクス回路９を構成
する抵抗ｒｘ ｙが人体の皮膚、特に手指の指紋が形成
する表面抵抗の場合について述べる。

【００６９】図６は、指紋部の皮膚表面の抵抗を取得す
るためのマトリクス構造体の部分斜視図であり、列電極
２０、行電極２１、およびこれらの列電極２０並びに行
電極２１を絶縁、固定するための絶縁体２４から構成さ
れ、図では理解し易いようにこれらを透視して示してい
る。

【００７０】そして、列電極２０と行電極２１の交点を
指紋部に接触させるための多数のドット２５が各電極か
ら延出されて絶縁体２４の表面に露出するように形成さ
れている。

【００７１】図７は、図６で示したマトリクス構造体の
部分断面図であり、その上面に指２６を接触させた時、
指２６の指紋隆線部２７が、あるマトリクス交点ａ２２
ａを形成する２つのドット２５に接触し、指２６の指紋
降線部２８が別のあるマトリクス交点ｂ２２ｂを形成す
る２つのドット２５には接触していない様子を示してい
る。

【００７２】このような指２６の指紋、すなわち指紋隆
線部２７および指紋降線部２８の集合体を検出する場合
は、列電極２０および行電極２１をそれぞれ５０μｍ程
度のピッチで２００〜３００本、ドット２５の数に換算
すれば４００００〜９００００程度のものを用意すれ
ば、非常に微小距離の皮膚表面の抵抗を測定することが
できる。

【００７３】この図７に示したような状態においては、
マトリクス交点ｂ２２ｂの抵抗は無限大となるが、マト
リクス交点ａ２２ａでは、指２６の表面水分によっても
ばらつくが、非常に微小な距離であるために数百ｋΩ程
度の抵抗値になる。

【００７４】このため、回路的には図３で示したマトリ
クス回路９と同等になり、同様の作用にもとづき、マト
リクスを構成する抵抗ｒｘ ｙ、すなわちこの場合は指
紋隆線部２７と指紋降線部２８が検出できることにな
る。

【００７５】実際には、図７に示すマトリクス交点ｂ２
２ｂのような状態においては、第１の電位Ｖｓとした列
電極２０のドット２５は複数あり、第２の電位Ｖｄとし
た行電極２１のドット２５も複数あるので、当該の列電
極２０と行電極２１の間の最小距離を構成するドット２
５以外のドット２５同士が指紋隆線部２７で接続される
可能性もある。

【００７６】しかしながら、それらによる影響は少なく
とも距離に差があることで抵抗値に違いがあることや、
当該列以外の列電極２０は第２の電位Ｖｄに設定するた
めに、これらの列電極２０が構成するドット２５に触れ
た部位の電位が第２の電位Ｖｄになることから、当該の
列電極２０と行電極２１の間の最小距離を構成するドッ
ト２５間の抵抗値以外の影響は非常に受け難いことにな
る。

【００７７】また、感圧抵抗体の場合で説明したものと
同様に、当該行、列電極以外の人体表面抵抗の影響をさ
らに小さくするには、電流検出する当該行電極の隣接行
電極やあるいはすべての行電極の電位をＶｄに設定する
ような工夫も考えられる。

【００７８】なお、図３では、ＡＤ変換器１８を用いた
が、オペアンプ１５の出力電位Ｖｏが一定値Ｖｒｅｆに
なるように第１の電位Ｖｓまたは第２の電位Ｖｄを可変
することで、（数３）のようにマトリクス上の抵抗ｒｘ
ｙの抵抗値を求めてもよい。

【００７９】

【数３】

【００８０】また、実施の形態１および２では８行×８
列のマトリクス回路としたが、８行×８列に限定される
ものではない。

【００８１】また、実施の形態１および２では、第１の
電位Ｖｓは電源電圧としたが、電源電圧である必要はな
く、第２の電位Ｖｄと異なればよく、第１の電位Ｖｓと
第２の電位Ｖｄの大小関係も自由に設定できる。

【００８２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、任意の一
列の列電極を第１の電位とし、それ以外のすべての列電
極電位と任意の一行の行電極の電位を第１の電位とは異
なる第２の電位とし、当該任意の行電極に流れる電流を
検出することで、マトリクス回路上に構成される当該
行、列電極以外のすべての状態は無視されることにな
り、マトリクス回路を構成する個々のスイッチにダイオ
ード接続が不要となり、小型で低コストな構成が可能に
なるという有利な効果が得られる。

【００８３】また、個々の感圧抵抗体で構成されたマト
リクス回路においても、個々の感圧抵抗体からの圧力情
報を正確に取得できるという有利な効果が得られる。

【００８４】また、個々の感熱抵抗体で構成されたマト
リクスにおいても、個々の感熱抵抗体からの温度情報を
正確に取得できるという有利な効果が得られる。

【００８５】また、感圧抵抗体を一部材で構成しても、
クロストークの少ない圧力情報が得られるという有利な
効果が得られる。

【００８６】また、直列接続体を人体の皮膚抵抗とし指
紋を識別するために必要な膨大な数の行、列電極間抵抗
を検出する場合も、行、列電極間のそれぞれの交点毎に
ダイオードを接続する必要がないために、半導体プロセ
ス等による超微細加工を必要とせず、小型で低コストな
指紋センサが構成できるという有利な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態による入力状態検出
装置の構成図

【図２】同各部の電圧および電流波形のタイミング図

【図３】本発明の第二の実施の形態による入力状態検出
装置の構成図

【図４】同要部である感圧抵抗体マトリクス構造体の斜
視図

【図５】同部分拡大斜視図

【図６】他の形状のマトリクス構造体の部分斜視図

【図７】同部分断面図

【図８】従来の入力状態検出装置の構成図

【図９】同各部の電圧波形のタイミング図

【符号の説明】

９ マトリクス回路 １０ 列側電位設定手段 １３，１５ オペアンプ １４ 行側電位設定手段 １６ 電流検出手段 １８ ＡＤ変換器 １９ 一部材からなる感圧抵抗体 ２０ 列電極 ２１ 行電極 ２２ マトリクス交点 ２２ａ マトリクス交点ａ ２２ｂ マトリクス交点ｂ ２３ マトリクス交点部抵抗 ２４ 絶縁体 ２５ ドット ２６ 指 ２７ 指紋隆線部 ２８ 指紋降線部

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5B020 DD02 DD04 EE01 FF09 5G006 AA07 AZ02 5G034 AB12 AC20 5J055 AX44 BX09 EX33 EY01 EZ09 EZ24 FX04 FX08 FX32 GX02 GX04 GX07

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれが絶縁された複数の行電極と複
   数の列電極が交差して配設され、前記行、列電極の各交
   点における各行、列電極間には各交点への外部入力に応
   じて導通状態が変化する直列接続体が接続されたマトリ
   クス回路と、前記マトリクス回路の任意の一つの列電極
   を所定の時間間隔で第１の電位に設定しその他の列電極
   は前記第１の電位とは異なる第２の電位に設定する列側
   電位設定手段と、前記マトリクス回路の任意の一つの行
   電極を所定の時間間隔で前記第２の電位と同電位に設定
   する行側電位設定手段と、行電極に流れる電流を検出す
   る電流検出手段からなり、前記マトリクス回路の任意の
   交点に対して外部入力が加えられた時、前記第１および
   第２の電位の電位差によって流れる行電極の電流を検出
   する入力状態検出装置。
2. 【請求項２】 直列接続体が、感圧スイッチと抵抗を直
   列接続して構成される請求項１記載の入力状態検出装
   置。
3. 【請求項３】 直列接続体が感圧抵抗体のみで構成され
   る請求項１記載の入力状態検出装置。
4. 【請求項４】 直列接続体が感熱抵抗体のみで構成され
   る請求項１記載の入力状態検出装置。
5. 【請求項５】 感圧抵抗体を一部材で構成した請求項３
   記載の入力状態検出装置。
6. 【請求項６】 直列接続体に行、列電極の交点に接触し
   た人の手指の表面抵抗を利用する請求項１記載の入力状
   態検出装置。