JP2008015728A - タッチパネルとキーマトリクスを備えた入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タッチパネルキーの押下時に他のタッチパネルキーが押下されているように見える不具合を解消することができる、タッチパネルとキーマトリクスを備えた入力装置を提供する。
【解決手段】駆動部２８はキースキャン信号が入力されるトランジスタＴｒを順次駆動することにより、コラム線Ｃ０〜Ｃ５のいずれかに駆動信号を出力してアクティブにし、そのとき読取部２９がロウ線Ｒ０〜Ｒ７の出力をキースキャン信号に同期して出力することにより、キーマトリクス２３の全てのスイッチＳの押下状態を読み出す。一方、ラッチ回路３０は、少なくとも１キースキャンの間、タッチパネル駆動線Ｌ１、Ｌ２をアクティブにし、次のキースキャン周期でタッチパネル２２のキー［Ａ］、［Ｂ］、［Ｃ］、［Ｄ］のいずれかが押されたかどうかを読取部２９で検出する。これにより、過渡現象の影響がなくすことができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、駆動線、リード線及び複数のスイッチから構成されるキーマトリクスのスイッチの一部がタッチパネルで置き換えられた、タッチパネルとキーマトリクスを備えた入力装置に関する。

コピー機能やファクシミリ機能を有するデジタル複合機は、ユーザがデジタル複合機を使用する際にデジタル複合機に対する動作指示や設定等の入力を行うための操作入力装置を備えている。この操作入力装置には、原稿の読取り開始を指示するためのスタートキー、ファクシミリ番号やコピー部数等を入力するためのテンキー、予め登録されたファクシミリ番号を指定するためのワンタッチキー等の多数のキーが配設されている。

図７は従来のキーマトリクスを用いた操作入力装置の構成を示す図であり、制御部からの定期的なキースキャンによって、送信時等におけるオペレータの各種キー入力操作が読み取られ、入力情報が制御部にて処理されるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
特開平７−２３９７９４号公報

この操作入力装置は、６×８のタクトスイッチＳと駆動線（コラム線）Ｃ０〜Ｃ５及び読出し線（ロウ線）Ｒ０〜Ｒ７よりなるキーマトリクス４１と、このキーマトリクス４１を駆動する駆動部４２、キーマトリクス４１の出力を読み出す読取部４３により構成されている。
キーマトリクス４１のコラム線Ｃ０〜Ｃ５は駆動部４２に接続され、ロウ線Ｒ０〜Ｒ７は、プルアップ抵抗ｒ０〜ｒ７を介して3.3Ｖの電源に接続されるとともに、読取部４３に接続されている。

そして、駆動部４２はメイン制御部が使用しているクロックを分周したクロックを１キースキャンのパルスとして使用しており、駆動部４２はこのキースキャン信号が入力されるトランジスタＴｒにより順次コラム線Ｃ０〜Ｃ５のいずれかをアクティブにし、そのとき読取部４３が、ロウ線Ｒ０〜Ｒ７の出力をキースキャン信号に同期して出力する。このように、コラム線Ｃ０〜Ｃ５から順次出力した所定の信号がロウ線Ｒ０〜Ｒ７から出力されるか否かを監視することにより、キーマトリクス４１のタクトスイッチＳ、すなわち、全てのキーの押下状態を読み出すことができる。
なお、タクトスイッチの特性として最小印加電流が１ｍＡとすると、印加電圧が3.3Ｖの場合、ロウ線Ｒ０〜Ｒ７のプルアップ抵抗ｒ０〜ｒ７の抵抗値は3.3ｋΩとなるが、マージンを考慮して2.2ｋΩ（印加電流1.5ｍＡ）程度を使用している。

一方、最近のデジタル複合機ではタッチパネルによる操作パネルを採用することも多くなっている。タッチパネルには、アナログ式とデジタル式があり、アナログ式は高価であるが、任意の位置情報を得ることができ、デジタル式は安価であるが、決められた位置情報しか得ることができない。
そして、ＬＣＤユニットを用いた表示装置に設けたタッチパネルとキーマトリクスを用いた入力装置とを操作パネルに搭載する場合、キーマトリクスのスイッチの一部をタッチパネルで置き換えることが考えられる。抵抗式と呼ばれるタッチパネルは、圧力により透明導電材料が接触して電流が流れる構造であり、原理的にはキーマトリクスで使われるタクトスイッチと変わりはない。したがって、タッチパネルをキーマトリクスに組み込むことができそうであるが、タッチパネルは透明導電材料層を用いているので抵抗が高く、タッチパネルのオン抵抗は最大５ｋΩである。

このため、図７に示すように、2.2ｋΩのプルアップ抵抗を備えたキーマトリクスのスイッチの一部をタッチパネルで置き換えると、タッチパネルのオン抵抗最大時には、ロウ線Ｒ０〜Ｒ７の電圧は2.29Ｖとなり、システムがＬレベルと認識できなくなる。
したがって、図８に示すように、キーマトリクス４１のタクトスイッチＳの一部をタッチパネル４４のキー［Ａ］〜［Ｄ］に置き換えた操作パネルでは、ＰＮＰ、ＮＰＮの抵抗内蔵型トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４を付加してタッチパネルのオン抵抗の影響を低減することにより、タッチパネルのオン時にシステムがＬレベルと認識できるようにしている。

上記のように、キーマトリクスのスイッチの一部をタッチパネルで置き換える場合、タッチパネルに抵抗内蔵型トランジスタを付加することによりタッチパネルのオン時にシステムがＬレベルと認識できるようにしているが、タッチパネルのあるキーのオン時に他のキーが押下されているようにシステムに誤認識されることがある。

すなわち、デジタル式タッチパネルは、キーの大きさに比例して静電容量が増える傾向にあり、この静電容量が大きくなると、キースキャンを行う際にキー情報を得るために必要な時間が長く必要になる。複合機システムにおいては、一定間隔でキーのスキャンを行っており、このキースキャン時間が長くなると、システム全体のパフォーマンスが悪くなるので、キースキャン時間を長くすることができず、キースキャン時間を短くすると、タッチパネルキーの押下時に他のタッチパネルが押下されているように見える不具合が生じる。

図９は、図８の操作パネルのキースキャン時の動作波形を示す図であり、この図により上記の不具合について説明する。
駆動部４２からのキースキャン動作の際のアクセス時間は図９（ａ）に示すように、約0.3μsecであり、読取部４３の読み込みタイミングは図９（ａ）に示す駆動パルスａ１の立ち上がりの時点である。そして、この時点で、例えば、タッチパネルキー［Ａ］が押下されていると、図９（ｂ）に示すように、ＮＰＮトランジスタＴｒ１の入力端子ｘ１がＨレベルとなり、ＮＰＮトランジスタＴｒ１がオンするため、図９（ｃ）に示すように、ＮＰＮトランジスタＴｒ１の出力端子ｘ２はＬレベルとなり、タッチパネルキー［Ａ］のオンが読取部４３により認識される。

このとき、タッチパネルキー［Ｂ］は押下されていないが、ＰＮＰトランジスタＴｒ３の出力端子ａ２がＨレベルになった際、タッチパネルキーの静電容量による過渡現象として、図９（ｄ）に示すように、一時的にＮＰＮトランジスタＴｒ２の入力端子ｙ１に電圧が現れる。そのため、ＮＰＮトランジスタＴｒ２の出力端子ｙ２がＬレベルとなるので、読取部４３側からみてタッチパネルキー［Ａ］、［Ｂ］両方が押下されているように見える不具合が発生する。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、タッチパネルキーの押下時に他のタッチパネルキーが押下されているように見える不具合を解消することができる、タッチパネルとキーマトリクスを備えた入力装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、請求項１に係る発明のタッチパネルとキーマトリクスを備えた入力装置は、駆動線、リード線及び複数のスイッチから構成され、一定のキースキャン周期で順次スイッチの状態が検出されるキーマトリクスと、上記キーマトリクスのスイッチの一部が置き換えられたタッチパネルとよりなる、タッチパネルとキーマトリクスを備えた入力装置であって、上記タッチパネルのタッチ部分をアクティブにするタッチパネル駆動線と、当該タッチパネル駆動線を少なくとも上記１キースキャン周期の間アクティブに保持するラッチ手段を備えたことを特徴とする。

また、請求項２に係る発明のタッチパネルとキーマトリクスを備えた入力装置は、請求項１に記載されたタッチパネルとキーマトリクスを備えた入力装置において、上記タッチパネル駆動線が複数本配備され、それぞれ異なるキースキャン周期でアクティブにされることを特徴とし、
請求項３に係る発明のタッチパネルとキーマトリクスを備えた入力装置は、請求項１または請求項２に記載されたタッチパネルとキーマトリクスを備えた入力装置において、上記キーマトリクスのスイッチ状態を検出するキースキャン周期をずらせたことを特徴とする。

請求項１、請求項２に係る発明のタッチパネルとキーマトリクスを備えた入力装置によれば、タッチパネルに対する電圧印加をキースキャンのアクセス期間だけとするのではなく、ラッチ手段を用いることで、タッチパネルスキャンのタイミングより十分前の時点でタッチパネルキーに対して電圧印加を行うことができるので、過渡現象の影響がなくなってからタッチパネルのスキャンを行うことができ、タッチパネルキーの押下時に他のタッチパネルキーが押下されているように見える不具合を解消することができる。

また、請求項３に係る発明のタッチパネルとキーマトリクスを備えた入力装置によれば、キーマトリクスのスイッチ状態を検出するキースキャン周期、すなわち、駆動線がアクティブになる時間を、順番ではなく、順序をずらすようにしたので、キーマトリクスのスイッチとタッチパネルキーの競合がなくなり、キーマトリクスのスイッチ及びタッチパネルキーのオンを正確に検出することができる。

以下、本発明のタッチパネルとキーマトリクスを備えた入力装置をデジタル複合機に適用した実施例について説明する。図１はデジタル複合機を備えたシステムのネットワーク構成例を示す図であり、図２はデジタル複合機の制御系の構成を示す概略ブロック図である。

図１に示すネットワーク構成図において、１はデジタル複合機、２、３、４・・・はパソコン、５は公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）、６はＬＡＮ（Local Area Network）、７はインターネット網である。デジタル複合機１はコピーモード、プリンタモード、ファクスモードの各機能を備えるとともに、メール送信機能も備え、ＰＳＴＮ５及びＬＡＮ６に接続されており、このＬＡＮ６に端末装置として複数のパソコン２、３、４・・・が接続されている。また、このＬＡＮ６はインターネット網７にも接続されており、デジタル複合機１はこのインターネット網７を介してメールの送受信を行うことも可能である。

デジタル複合機１は、図２のブロック図に示すように、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）１１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１３、メモリコントローラ１４、画像メモリ１５、コーデック１６、スキャナ１７、プリンタ画像処理回路１８、プリンタ１９、操作パネル制御回路２０、ＬＣＤ２１、タッチパネル２２、キーマトリクス２３、モデム２４、ネットワーク制御ユニットＮＣＵ２５、ＬＡＮインターフェース（Ｉ／Ｆ）２６等により構成され、各部がバス２７を介して接続されている。

ＭＰＵ１１はバス２７を介してデジタル複合機１のハードウェア各部を制御するとともに、ＲＯＭ１２に記憶されたプログラムに基づいて各種のプログラムを実行する。ＲＯＭ１２は、デジタル複合機１の動作に必要な種々のプログラムや操作メッセージを記憶し、ＲＡＭ１３はプログラムの実行時に発生する一時的なデータを記憶する。

メモリコントローラ１４は画像メモリ１５への画像信号の書込み、読出しを制御し、画像メモリ１５はＳＤＲＡＭ等を用いて構成され、送信すべき画像データまたは受信した画像データあるいは読み取った画像データを記憶する。コーデック１６は所定のプロトコルに対応して符号化・復号するものであり、読み取った原稿の画像データを送信するためにＭＨ、ＭＲまたはＭＭＲ方式により符号化し、外部から受信した画像データを復号するとともに、電子メールに添付可能なファイルとして一般的に利用される画像フォーマットであるＴＩＦＦ方式等にも対応して符号化、復号する。

また、スキャナ１７はオートドキュメントフィーダー（ＡＤＦ）やフラットベッドスキャナ（ＦＢＳ）等の読取り用原稿載置台を備え、ＣＣＤ等を利用したスキャナで原稿を読み取り、ドットイメージデータを出力する。
プリンタ画像処理回路１８は、プリント画像信号を処理してプリンタ１９に入力し、プリンタ１９は、電子写真方式等のプリンタ装置であり、受信したデータ、コピー原稿データあるいは外部のパソコン２、３、４等から送信されたプリントデータをプリントアウトする。

一方、操作パネル制御回路２０は、各種の設定状態やデジタル複合機１の動作状態などを文字や図形などで表示する液晶表示装置（ＬＣＤ）２１に表示制御信号を入力するとともに、デジタル複合機１を操作するためのキーマトリクス２３及びタッチパネル２２からの信号が入力され、キーマトリクス２３またはタッチパネル２２を押下することで、対応する項目の選択や機能の実行を行うことができる。

図３はＬＣＤ２１、キーマトリクス２３よりなる操作パネルの詳細を示す図であり、図に示すように、表示部を構成するＬＣＤ２１と多数の操作キーから構成されている。ＬＣＤ２１には、タッチパネル２２が配設され、ＬＣＤ２１に表示された項目、例えば、コピーモードでは、「画質」、「用紙」、「拡大」等の項目のいずれかの項目部分を押下することで、対応する項目の選択や機能の実行を行うことができる。
また、キーマトリクス２３の操作キーとして、テンキー３１、スタートキー３２、リセットキー３３、ストップキー３４、十字キー３５、リターンキー３６、セットキー３７、ＦＡＸ切替キー３８、コピー切替キー３９、スキャナ切替キー４０等の各種キーが設けられている。

図４はタッチパネル２２とキーマトリクス２３を備えた操作入力装置の内部構造を示す図であり、この入力装置は、６×８のタクトスイッチＳとコラム線Ｃ０〜Ｃ５及びロウ線Ｒ０〜Ｒ７よりなるキーマトリクス２３と、このキーマトリクス２３を駆動する駆動部２８、キーマトリクス２３の出力を読み出す読取部２９、タッチパネル２２及びラッチ回路３０により構成されている。そして、キーマトリクス２３のコラム線Ｃ０〜Ｃ５は駆動部２８に接続され、ロウ線Ｒ０〜Ｒ７は、プルアップ抵抗ｒ０〜ｒ５を介して3.3Ｖの電源に接続されるとともに、読取部２９に接続されている。

また、上記のキーマトリクス２３のタクトスイッチＳの一部が置き換えられたタッチパネルキー［Ａ］〜［Ｄ］はラッチ回路３０からのタッチパネル駆動線Ｌ１、Ｌ２によりアクティブに駆動される。また、タッチパネルキー［Ａ］、［Ｃ］の出力端子はＮＰＮの抵抗内蔵型トランジスタＴｒ１の入力端子ｘ１に接続され、タッチパネルキー［Ｂ］、［Ｄ］の出力端子はＮＰＮトランジスタＴｒ２の入力端子ｙ１に接続されるとともに、このトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２の出力端子ｘ２、ｙ２がロウ線Ｒ７、Ｒ６に接続されている。

次に、図４の入力装置の動作について、図５の動作波形図を用いて説明する。
駆動部２８は、上記と同様に、メイン制御部（図示せず）が使用しているクロックを分周したクロックを１キースキャンのパルスとして使用しており、図５（ａ）に示すキースキャン信号Ｃが入力されるトランジスタＴｒを順次駆動することにより、図５（ｂ）〜（ｇ）に示すように、コラム線Ｃ０〜Ｃ５のいずれかに駆動信号を出力してアクティブにし、そのとき読取部２９は、ロウ線Ｒ０〜Ｒ７の出力をキースキャン信号に同期して出力する。このように、キースキャン信号をスキャンすることで全てのスイッチＳの押下状態を読み出すことができる。

一方、ラッチ回路３０は、メイン制御部が使用しているクロックを分周したクロックにより作成された制御信号に基づいて、図５（ｈ）に示すように、コラム線Ｃ３をアクティブにするパルスの立ち上がりと同期してオンとなり、コラム線Ｃ４をアクティブにするパルスとコラム線Ｃ２をアクティブにするパルスとの中間時点でオフとなるパルス信号ａ２をタッチパネル駆動線Ｌ１に出力するとともに、コラム線Ｃ２をアクティブにするパルスの立ち上がりと同期してオンとなり、コラム線Ｃ５をアクティブにするパルスとコラム線Ｃ１をアクティブにするパルスの中間時点でオフとなるパルス信号ｂ２をタッチパネル駆動線Ｌ２に出力する。

これにより、図５（ｌ）に示すように、トランジスタＴｒ１の出力端子ｘ２がＬレベルの場合、キー［Ａ］またはキー［Ｃ］の押下を検知することができ、図５（ｎ）に示すように、トランジスタＴｒ２の出力端子ｙ２がＬレベルの場合、キー［Ｂ］またはキー［Ｄ］の押下を検知することができる。
このように、タッチパネルに対する電圧印加をキースキャンのアクセス期間だけとするのではなく、ラッチ回路３０を用いることで、タッチパネルスキャンのタイミングより十分前の時点でタッチパネルキーに対して電圧印加を行うことにより、過渡現象の影響がなくなってからタッチパネルのスキャンを実行することができるが、以下、その詳細について説明する。

図６はタッチパネルのキーの押下時の動作波形の拡大図であり、図に示すように、駆動部２８からのキースキャン動作の際のアクセス時間は図６（ａ）に示すように、約0.3μsecであり、読み込みタイミングは図６（ａ）に示すキースキャン信号Ｃの立ち上がりの時点である。そして、タッチパネル２２のタッチパネルキー［Ａ］、［Ｂ］のスキャンタイミングは、図６（ａ）のキースキャン信号Ｃ４の立ち上がり時点であるが、その十分前のキースキャン信号Ｃ３の立ち上がり時点でラッチ回路３０が制御されるので、図６（ｂ）に示すように、キースキャン信号Ｃ４の１キースキャン周期前にタッチパネル駆動線Ｌ１のパルス信号ａ２はＨレベルとなる。

このため、タッチパネルキー［Ａ］が押下されていると、図６（ｃ）に示すように、トランジスタＴｒ１の入力端子ｘ１がＨレベルとなり、ＮＰＮトランジスタＴｒ１がオンするため、図６（ｄ）に示すように、ＮＰＮトランジスタＴｒ１の出力端子ｘ２はＬレベルとなり、キースキャン信号Ｃ４の立ち上がり時点でタッチパネルキー［Ａ］のオンが読取部２９により認識される。

このとき、タッチパネルキー［Ｂ］は押下されていないが、ラッチ回路３０のタッチパネル駆動線Ｌ１がＨレベルになった際、タッチパネルの静電容量による過渡現象として、図６（ｅ）に示すように、一時的にＮＰＮトランジスタＴｒ２の入力端子ｙ１に電圧が現れるが、この電圧はキースキャン信号Ｃ４の時点では減衰して零になっているので、ＮＰＮトランジスタＴｒ２の出力端子ｙ２はＨレベルとなっており、読取部２９に影響を与えることはない。そのため、読取部２９はタッチパネルキー［Ａ］のみが押下されていることを正確に読み取ることができる。

以上のように、少なくとも１キースキャンの間、タッチパネル駆動線Ｌをアクティブにしておくことにより、次のキースキャン周期でタッチパネルが押されたかどうかを正確に検出することができる。このとき、上記のように、コラム線Ｃ０〜Ｃ５がアクティブになる時間を順番ではなく、順序をずらすようにすると、キーマトリクスのスイッチとタッチパネルキーの競合がなくなり、キーマトリクスのスイッチ及びタッチパネルキーのオンを正確に検出することができる。
また、タッチパネルのタッチ部分もマトリクス状に構成すれば、少ない線で多くのタッチ部分のオンを検出することが可能となる。

なお、上記の実施例では、本発明のタッチパネルとキーマトリクスを備えた入力装置をデジタル複合機に適用した実施例について説明したが、本発明のタッチパネルとキーマトリクスを備えた入力装置は、操作パネルを備えたその他の種々の機器に使用することが可能である。

デジタル複合機を備えたシステムのネットワーク構成例を示す図である。 デジタル複合機のハードウェア構成を示すブロック図である。 操作パネルの詳細を示す図である。 本発明のタッチパネルとキーマトリクスを備えた入力装置の内部構造を示す図である。 図４の入力装置の動作時の波形を示す図である。 タッチパネルキー押下時の動作波形の拡大図である。 従来のキーマトリクスを用いた操作入力装置の構成を示す図である。 キーマトリクスのタクトスイッチの一部をタッチパネルで置き換えた従来の操作パネルを示す図である。 図８の操作パネルのタッチパネルキーの動作時の波形を示す図である。

符号の説明

１１ ＭＰＵ
１２ ＲＯＭ
１３ ＲＡＭ
１４ メモリコントローラ
１５ 画像メモリ
１６ コーデック
１７ プリンタ画像処理回路
１９ プリンタ
２０ 操作パネル制御回路
２１ ＬＣＤ
２２ タッチパネル
２３ キーマトリクス
２４ モデム
２５ ＮＣＵ
２６ ＬＡＮ インターフェース
２７ バス
２８ 駆動部
２９ 読取部
３０ ラッチ回路

Claims (3)

1. 駆動線、リード線及び複数のスイッチから構成され、一定のキースキャン周期で順次スイッチの状態が検出されるキーマトリクスと、上記キーマトリクスのスイッチの一部が置き換えられたタッチパネルとよりなる、タッチパネルとキーマトリクスを備えた入力装置であって、
   上記タッチパネルのタッチ部分をアクティブにするタッチパネル駆動線と、当該タッチパネル駆動線を少なくとも上記１キースキャン周期の間アクティブに保持するラッチ手段を備えたことを特徴とする、タッチパネルとキーマトリクスを備えた入力装置。
2. 請求項１に記載されたタッチパネルとキーマトリクスを備えた入力装置において、
   上記タッチパネル駆動線が複数本配備され、それぞれ異なるキースキャン周期でアクティブにされることを特徴とする、タッチパネルとキーマトリクスを備えた入力装置。
3. 請求項１または請求項２に記載されたタッチパネルとキーマトリクスを備えた入力装置において、
   上記キーマトリクスのスイッチ状態を検出するキースキャン周期をずらせたことを特徴とする、タッチパネルとキーマトリクスを備えた入力装置。

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