JP2008017488A - タッチセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで信頼性高く作動するタッチセンサの提供。
【解決手段】タッチセンサ１０は、接触検出位置を定めるキーK1〜K16を有するキーボードと、キーK1〜K16に関連した制御回路とを有する。制御回路はトランジスタQ1〜Q16を有し、キーK1〜K16は接触が生じたことに基づいてトランジスタQ1〜Q16を制御する。パルス信号発生器が制御回路に接続され、制御回路に送信するためのパルス信号を発生する。パルス信号はトランジスタQ1〜Q16に電力供給し、関連するキーに接触が生じた場合、トランジスタQ1〜Q16は接触信号を出力し、関連するキーK1〜K16に接触がない場合、トランジスタQ1〜Q16は非接触信号を出力する。アナライザ４６が制御回路に接続され、接触があることを示す接触信号及び接触がないことを示す非接触信号のうちの一方をトランジスタQ1〜Q16から受信する。
【選択図】図２

Description

本発明はタッチセンサに関し、より詳細には容量性タッチセンサ用の制御システム及び制御方法に関する。

従来技術の容量性タッチセンサシステムは、複数のキーを有するキーボードを具備している。各キーは、誘電要素がオーバーレイされた導電性パッドを有する。導電性パッドは、パッドの電流レベルを監視する制御回路に接続されている。代表的なパッドには一定の大きさを有する電流が供給され、ユーザがキーに触れると、その電流の一部がユーザに引き付けられる。キーへの接触は回路への変化を表わし、電流レベルの変化という結果となる。
米国特許第５７６０７１５号明細書 特開平８−１０１２４０号公報 米国特許第６０９４４９１号明細書 米国特許出願公開第２００３／１２２７９４号明細書 米国特許出願公開第２００３／１５９９１０号明細書

従来技術の接触検出システムの問題点には、接触検出システムが誤って偽接触信号を検出するおそれがあることである。これらの偽接触信号は、ノイズにより生ずる干渉、製造要因又は環境要因により生ずるキー感度の不均一、温度又は湿度等の環境要因によるキー感度のドリフト、金属物体、水または動物等の人間以外による接触等の種々の問題で生ずる。偽接触信号により、接触検出システムが制御デバイスを不要に駆動するおそれがある。

少なくともいくつかの公知の接触検出システムは、一つ以上のこれらの問題に対処してきた。例えば、偽接触を検出する従来技術の接触検出システムは、特許文献１に記載されている。特許文献１において、接地接続されたユーザにより誘電性要素への検出位置での接触を検出するために、パッドのないタッチセンサが使用される。このタッチセンサは、印加された所定電位を有する導電性プレートを有する。同時に、テストパルスが接地に生成される。ユーザが検出位置で誘電性要素に接触すると、接地、ユーザ及びセンサ間に形成された容量性回路によるテストパルスが存在する間、導電性プレートに電位変動が生成される。このように、誘電性要素の頂上に直接配置された外部物体は、誤ってタッチ条件を生成することはない。

従って、本発明は、低コストで信頼性高く作動するタッチセンサを提供することを目的とする。

本発明の一側面において、接触検出位置を定めるキーを有するキーボードと、キーに関連した制御回路とを有するタッチセンサが提供される。制御回路はトランジスタを有し、キーは接触が生じたことに基づいてトランジスタを制御する。パルス信号発生器が制御回路に接続され、制御回路に送信するためのパルス信号を発生する。パルス信号はトランジスタに電力供給し、関連するキーに接触が生じた場合、トランジスタは接触信号を出力し、関連するキーに接触がない場合、トランジスタは非接触信号を出力する。アナライザが制御回路に接続され、接触があることを示す接触信号及び接触がないことを示す非接触信号のうちの一方をトランジスタから受信する。

任意であるが、トランジスタがパルス信号により電力供給された後のみ、接触信号及び非接触信号を出力してもよい。トランジスタは電力供給されないと、パルス信号間にアナライザに出力を提供しない。ユーザが接触検出位置を接触している際に、トランジスタのベースはユーザに容量結合されてもよい。トランジスタを通過する電流は、接触が無い場合と接触がある場合とで異なってもよい。任意であるが、アナライザは、接触信号及び非接触信号の間のキャパシタンスの変化、非接触信号の大きさに対する接触信号の大きさ、及び所定値に到達する非接触信号の時間に対する同じ所定値に到達する接触信号の時間のうちの一つを比較してもよい。

別の側面において、複数行のキー及び複数列のキーを有する行列に配列された多数のキーを有するキーボードを具備するタッチセンサが提供される。各キーは接触検出位置し、各キーに関連した回路を定める。制御回路は各キーについてトランジスタを有し、各キーは接触に基づいてトランジスタを制御する。パルス信号発生器が制御回路に接続され、各キーに関連した制御回路に伝送するためのパルス信号を発生する。パルス信号はトランジスタに電力供給し、パルス信号により電力供給された各トランジスタは、関連するキーに接触がある場合に接触信号を出力し、関連するキーに接触がない場合に非接触信号を出力する。アナライザが制御回路に接続され、接触があることを示す接触信号及び接触がないことを示す非接触信号の一方をトランジスタから受信する。

任意であるが、パルス信号発生器は行の順でキーにパルスを順次印加してもよく、アナライザは列の順でトランジスタの出力を順次分析してもよい。

別の側面において、キー及びトランジスタを含む関連する制御回路を有するタッチセンサを使用して接触があることを検出する方法が提供される。この方法は、コントローラからキーに関連した制御回路にパルス信号を送信する工程と、パルス信号でトランジスタに電力供給する工程と、一旦電力供給されると、キーに接触がある場合に接触信号を発生し、キーに接触がない場合に非接触信号を発生する工程とを具備する。この方法はまた、トランジスタからの発生信号を分析する工程を有する。

以下、本発明の実施形態を参照して本発明を詳細に説明する。図１は、本発明に従った容量性タッチセンサ１０の概略図である。タッチセンサ１０は誘電性要素１２の下に実装され、ユーザの指１６が誘電性要素１２の検出位置１４を接触するので「接触」状態が図示されている。ユーザが検出位置１４を物理的に接触するか、又はユーザが検出位置１４近傍に接近すると接触が生ずるので、ユーザはタッチセンサ１０と容量的に相互作用する。タッチセンサ１０は、誘電体要素１２の下に配置された導電性パッド１８を有する。パッド１８は、誘電体要素１２の検出位置１４に位置決めされている。タッチセンサ１０はまた、その表面に接触回路を画定する制御回路を有する回路基板２０を有する。パッド１８は回路基板２０に接続されている。任意であるが、パッド１８は固体の導電性パッドであってもよいし、或いは検出位置１４に集中した回路基板２０上の複数の導電性回路基板パターンであってもよい。

検出位置１４、対応する導電性パッド１８、及びパッド１８に関連する接触回路は、「キー」と称される。適切な場合、指１６が接触しなければならない正確な位置をユーザに示してキーでの接触状態を達成するために、マーキングを設けてもよい。もちろん、当業者であれば、「指」の用語が、キーに接触するために使用できるいかなる体の部分に置換できることを理解するであろう。単一のキー又は複数のキーのいずれかがキーボードを画定するよう配列される。このキーボードは家庭、事務所又は工業用途に使用することができる。

作動時において、接触回路は、キーの接触を検出するために複数の分布キャパシタンスを使用する。接触回路は、接触を検知するために、キャパシタンスC1を有しユーザの指１６及びパッド１８間に発生したキャパシタを使用する。接触回路はまた、接触を検知するために、キャパシタンスC2を有しユーザの体及び接地又は仮想接地３０等の導電物体間に発生したキャパシタを使用する。接触回路はさらに、接触を検知するために、キャパシタンスC3を有し接触回路の回路接地３２及び接地又は仮想接地３０間に発生したキャパシタを使用する。代表的には、分布キャパシタンスC2及びC3は、分布キャパシタンスC1よりも数百倍大きな値を有する。任意であるが、分布キャパシタンスC1は10〜0.5pFの範囲の値を有するが、本発明の接触回路は決してこのような範囲の値に限定されるものではない。

図２は、タッチセンサ１０用の接触回路の概略回路図である。図示の実施形態において、タッチセンサ１０は行列状に配列された複数のキーを有する。任意であるが、キーは複数行及び複数列の格子パターンに配列してもよい。タッチセンサ１０には任意の数のキーが含まれてもよく、タッチセンサ１０は任意の数の行及び列のキーを含んでもよいことを理解されたい。図示の実施形態において、１６個のキーが４行４列に設けられている。これらのキーはK1〜K16として識別される。行はRow1〜Row４として識別される。列はCol1〜Col4として識別される。接触回路は、各キーに対して１個の抵抗及び１個のトランジスタが関連する。抵抗は、キーK1〜K16にそれぞれ対応するR1〜R16として識別される。トランジスタはキーK1〜K16にそれぞれ対応するQ1〜Q16として識別される。各キーK1〜K16は、同一行内で他のキーと並列に接触回路内で接続される。

タッチセンサ１０は、ユーザによる接触を検出するためのコントローラ４０を有する。コントローラ４０は供給電圧４２に接続され、また、回路接地４４に接続される。コントローラ４０はさらに、各行Row1〜Row４及び各列Col1〜Col4に接続される。一実施形態において、各列Col1〜Col4からの入力すなわち帰還は、コントローラ４０のアナライザ部４６で分析される。或いは、別体のアナライザを設けて各列に接続してもよい。任意であるが、供給トランジスタは、コントローラ４０及びキーの各行Row1〜Row４の間に接続されてもよい。これらの供給トランジスタはQ17〜Q20として識別される。ここで、Q17はコントローラ４０及びRow1の間に接続され、Q18はコントローラ４０及びRow2の間に接続され、Q19はコントローラ４０及びRow3の間に接続され、Q20はコントローラ４０及びRow4の間に接続される。さらに、各供給トランジスタQ17〜Q20の入力部は供給電圧４８に接続される。作動時、コントローラ４０は供給トランジスタQ17〜Q20を選択的に制御又は選択的に駆動し、供給電圧４８を対応するキーの列Row1〜Row4にそれぞれ接続する。

コントローラ４０は、パルス信号を発生しそのパルス信号をトランジスタQ17〜Q20の一つに順次送信するパルス信号発生器５０を有してもよい。パルス信号発生器５０は、パルス信号をキーの単一行に一度に印加する。任意であるが、パルス信号発生器５０は、一連のパルス信号をトランジスタQ17〜Q20の異なる一つに送信する前に一連のパルス信号をトランジスタQ17〜Q20の一つに送信する。例えば、パルス信号発生器５０は、４個のパルス信号を次の行に送信する前に４個のパルス信号を一つの行に送信してもよい。パルス信号が一旦送信されると、特定のトランジスタQ17〜Q20が電力供給すなわち駆動され、供給電圧４８がキーRow1〜Row4の対応する行にそれぞれ接続される。供給電圧４８は、キーK1〜K16での可能な接触を検出するために、キーK1〜K16に関連したトランジスタQ1〜Q16に選択的に電力供給すなわち電圧を印加する。例えば、供給電圧４８は、トランジスタに電力供給するためにトランジスタQ1〜Q16のベースに接続される。任意であるが、供給電圧はまた、トランジスタQ1〜Q16の入力部に接続される。

電力が一旦供給されると、接触があったこと又は接触が無いことに関連する帰還情報が各キーからコントローラ４０に逆送信される。接触信号は、接触が生じている際にコントローラ４０に送信される。非接触信号は、非接触又は非接触状態が生じている際にコントローラ４０に送信される。帰還情報は、キャパシタンスの変化すなわち接触を示すキャパシタンスに関連してもよい。帰還信号は、特定値の信号を受信する時間に関連してもよい。或いは、帰還情報は、接触が生じたことを示す所定時間での信号の大きさに関連してもよい。接触の帰還情報は非接触の帰還情報とは異なる。このように、コントローラ４０は、接触が生じているかどうかを決定するために帰還情報を区別することができる。

帰還情報は、対応する列Col1〜Col4に沿ってキーからコントローラ４０に戻って通信される。任意であるが、帰還情報は、各トランジスタの出力部からコントローラ４０に送信されてもよい。コントローラ４０は、信号すなわちパルスが送られている行を決定し列からの帰還情報を解釈することにより、ユーザがどのキーをタッチしたかを一意的に識別することができる。例示として、コントローラ４０が行Row3でパルス信号を発生しており、接触信号が列Col2であると識別する場合、キーK10が接触されていることになる。

接触回路は各列を回路接地３２に接地する。任意であるが、各列のキーCol1〜Col4及び回路接地３２の間を抵抗が接続してもよい。これらの抵抗はR17〜R20と識別される。ここで、R17は列Col1及び回路接地３２間に接続され、R18は列Col2及び回路接地３２間に接続され、R19は列Col3及び回路接地３２間に接続され、R20は列Col4及び回路接地３２間に接続される。或いは、抵抗R17〜R20は接地３０に接続されてもよい。

１個のキー、例えばキーK1を参照すると、使用中、供給電圧４８からRow1に通信された電流は抵抗R1に送られる。抵抗R1は、ユーザ及び接触回路間にキャパシタンスC1が生成される際に変化が容易に計測できる値にまで電流を低くする。任意であるが、抵抗R1はトランジスタQ1のバイアス抵抗として作用する。抵抗R1はトランジスタQ1のベースに接続され、その電流はトランジスタQ1に充電すなわち電力を供給する。ユーザがキーK1に接近すると、キャパシタンスC1が増加し、トランジスタQ1のベースを通る電流の一部がユーザの体の低いインピーダンスに迂回する。接触信号の変化により識別できる失われた電流はコントローラ４０により分析され、接触状態が生じたと決定する。例えば、キャパシタンスの変化又は接触を示すキャパシタンスは、接触が生じたことを示すことができる。任意であるが、特定値の信号を受信する時間は接触が生じたことを示すことができ、接触状態が生ずると時間は増加する。或いは、所定時間での信号の大きさは接触が生じたことを示すことができ、接触状態が生ずると所定時間での大きさが小さくなる。

タッチセンサ１０の典型的な作動について説明する。作動時に、コントローラ４０は、キーがタッチされたかどうかを決定するために接触回路に順次パルスを送る。コントローラ４０はキーを系統的に監視し、１回の監視につき１回、所定のキーで接触が生じているかどうかを決定する。典型的な作動において、コントローラ４０は最初に、キーK1で接触が生じているかどうかを決定する。コントローラ４０はトランジスタQ17を介してパルス信号を行Row1に送信する。パルス信号がトランジスタQ17を一旦駆動すると、電流が供給電圧４２から行Row1に送られる。他の各行（すなわち、Row2、Row3、Row4）は電流を受けず、これらの行の各トランジスタ（すなわち、Q5〜Q16）は電力供給されず、駆動されないままであるので、これらのトランジスタは分析のためにコントローラ４０に対して信号をも送らない。

コントローラ４０は、帰還情報を求めて列Col1を監視する。ユーザがキーK1に接触しない非接触状態において、パルス信号又はキーK1に送信される電流は、トランジスタQ1で受信され増幅される。次に、非接触信号はトランジスタQ1の出力部から出力され、分析のためにコントローラ４０に通信される。任意であるが、パルス信号は所定パルス時間、通信される。例えば、トランジスタQ1はパルス信号を受信する前は動作停止状態にあって電力供給されないので、トランジスタQ1は、例えば５μ秒等の所定の目覚まし時間持続する目覚まし時間を有する。このように、パルス信号は、例えば55μ秒等の、目覚まし時間より長い所定のパルス時間、活性化される。任意であるが、目覚まし時間は、帰還情報を受信するコントローラ４０において遅延を与えることができる。目覚まし時間はまた、コントローラ４０に対して不正確な帰還情報を与えることもできる。このように、コントローラ４０は、目覚まし時間の間に収集された帰還情報を無視することができる。

ユーザがキーK1に触れる接触が生ずると、コントローラ４０に提供される帰還情報は、非接触状態の情報とは異なる。このように、コントローラ４０は、接触と非接触状態とを区別することができる。任意であるが、コントローラ４０は、接触及び非接触状態の間の区別を促進するよう制御アルゴリズムを有してもよい。これら制御アルゴリズムの少なくともいくつかについては、さらに詳細に後述する。コントローラ４０はまた、接触状態及び非接触状態をより良好に区別するために、干渉を低下させ又はノイズを低減する異なるモジュールを有してもよい。コントローラ４０は、接触状態及び非接触状態の区別を補助するために、湿度又は温度等の多様なパラメータを補償する自己校正を提供するモジュールを有してもよい。接触状態及び非接触状態の区別を補助するために、各キー間を均等化し、又は偽駆動を検出する他のモジュールも含まれてもよい。

列Col1で接触が検出されると、コントローラ４０は出力部５２で出力を提供、すなわち機能を実行する。出力又は実行される機能は、タッチセンサ１０が使用される特定用途に依存する。典型的な実施形態において、キーK1で接触が一旦検出されると、コントローラ４０は、接触が生じているかどうかを決定するために偽駆動チェックを実行する。コントローラ４０は、行Row1にパルス信号を再度送信し、帰還情報を求めて列Col1を再度監視する。任意であるが、コントローラ４０は、接触が実際の生じているかどうかを決定するために、接触を積極的に示す所定の数を連続して受信してもよい。別の一実施形態において、コントローラ４０は、キーK1を再度チェックするよりも通常の作動を継続し、全てのキーK2〜K16を順にチェックし、その後、各キーを再度チェックする。

通常の作動条件の下で、キーK1で非接触状態が検出されると、コントローラ４０は各キーK1〜K16を順次チェックし続ける。例えば、キーK1がチェックされた後、コントローラ４０はキーK2で接触が生じているかどうかを決定する。コントローラ４０は、パルス信号を行Row1に送信し、帰還情報を求めて列Col2を監視する。コントローラ４０は、キーK2の状態を一旦決定すると、次にキーK3で接触が生じているかどうかを決定する。コントローラ４０は、パルス信号を行Row1に送信し、帰還情報を求めて列Col3を監視する。コントローラ４０は、キーK3の状態を一旦決定すると、次にキーK4で接触が生じているかどうかを決定する。コントローラ４０は、パルス信号を行Row1に送信し、帰還情報を求めて列Col4を監視する。

行Row1内の各キーK1〜K4の状態が一旦決定されると、コントローラ４０は行Row2内のキーK5〜K8の状態を同様に決定する。コントローラ４０はトランジスタQ18を介してパルス信号を行Row2に送信する。信号がトランジスタQ18を一旦駆動すると、電流は供給電圧４２から行Row2に送られる。他の各行（すなわち、Row1、Row3、Row4）は電流を受信せず、これらの行の各トランジスタ（すなわち、Q1〜Q4及びQ9〜Q16）は電力供給されず、動作停止状態のままである。コントローラ４０は、帰還情報を求めて列Col1〜Col4を順に監視することにより、各キーK5〜K8を順次チェックする。キーK9〜K16の状態を決定するために、同様の処理が引き続く。一旦各キーK1〜K16が順次チェックされると、キーK1について処理が繰り返される。別の一実施形態において、キーK1〜K16をチェックする順は、次の行へ移行する前に１行内の各キーを、又はランダムパターンで順次チェックすること等により、異なるパターンで実行してもよい。

上述したように、コントローラ４０は、タッチセンサ１０の性能全体に影響を与える種々のモジュールを有してもよい。任意であるが、コントローラ４０は、キースキャン信号と強力な外部ノイズ信号の干渉を最小にするために、比較的低い大きさスペクトルでキースキャン信号又はパルス信号を発生するジッタモジュールを有してもよい。ジッタモジュールは、キースキャン信号の大きさスペクトル内にない濾波信号用のフィルタを有してもよい。さらに、より低い大きさを有するスキャン信号を有すると、電流の一部がユーザの体に迂回する際の接触状況の間等は信号の変化が検出しやすい。

コントローラ４０はまた、偽駆動を防止するよう接触信号が分析され又は監視されることを止めるノイズ消去（noise blanking）モジュールを有してもよい。例えば、強力な電気のイズがタッチセンサ１０近傍で発生すると、偽信号がコントローラ４０に送信されるおそれがある。ノイズ消去モジュールは、これら偽信号に基づくコントローラ４０からの偽駆動すなわち出力を防止する。任意であるが、ノイズ消去モジュールは、外部ノイズを検出するスキャン帰還信号を使用するか、外部ノイズを検出する外部センサを使用してもよい。このように、コントローラ４０はノイズの多い環境でより信頼性高く作動する。

コントローラ４０は、温度又は湿度等の種々の環境ファクタに対する各キーの感度を補償する自己校正モジュールを有してもよい。自己校正モジュールは、或る期間にわたって各キーの接触信号を監視するローパスフィルタを使用する。ドリフトが検出されると、このようなドリフトを補償するようキー感度を変更してもよい。

上述したように、コントローラ４０は、接触状態が生じているかどうかを決定すると共に迅速なキャパシタンス変化又はランダムノイズを検出し無くすよう使用される偽キー駆動モジュールを有してもよい。偽キー駆動モジュールは、接触が実際に生じたことを確認するために複数の連続した積極的接触信号を必要とする。偽キー駆動モジュールはまた、ユーザの指１６（図１参照）が所定時間の間キー上にあり、偶発的な接触ではないことを裏付ける。

コントローラ４０は、接触がユーザにより生じたのか、或いは接触がユーザではない物体、例えば接触検知位置１４（図１参照）に不注意で落ちた金属物体又は水滴等により生じたかを決定することができる接地ループ検出モジュールを有してもよい。任意であるが、キーの一つが、図２に示されたキーK13でのオプション回路等の接地ループ検出回路により置換されてもよい。接地ループ検出回路が使用される場合、非接触位置はキーK13で与えられるであろう。トランジスタQ13のベースは、アース又は仮想接地３０に接続される。コントローラ４０は、他の各キーと同様の方法で接地ループ検出回路を分析する。トランジスタQ13を流れる電流は、他のキーからの信号と比較する基準としてコントローラ４０で計測され記憶される。例えば、キーの一つで受信された計測信号が接地ループ検出回路からの信号に対応する場合、接触が識別される。しかし、キーの一つでの計測信号が接地ループ検出回路からの信号に対応しない場合、ユーザでない接触が生じている。このように、非接触状態が決定される。さらに、接地ループ検出モジュールは、キャパシタンスの変化に基づき、タッチセンサ１０を触っているユーザの寸法を決定するのに使用してもよい。任意であるが、コントローラ４０は、人の寸法に基づく制御信号の出力に抵抗してもよい。例えば、コントローラ４０は、子供がタッチセンサ１０に接触しようとしていると決定すると、接続されたデバイスに出力を送信することを拒否してもよい。

コントローラ４０は、均等なキー感度を提供する均等化（equalization）モジュールを有してもよい。代表的には、キーボードのあるキーは、製造又は環境誤差、キーボード上のキー位置、或いはキーの寸法のため、異なる感度を有してもよい。この感度はまた、誘電体要素１２（図１参照）の材料の厚さ又はタイプにより影響され得る。均等化モジュールは、各キーについて閾値を記録するために基準又は校正信号を使用することによりキーボード用の感度マップを作成し、次にその閾値を使用して均一な感度キーボードを創り上げる。任意であるが、均等化モジュールは、基準信号が検出されるまで各キーの感度を下げる。或いは、均等化モジュールは、キーが基準信号を最早検出しなくなるまで各キーの感度を上げる。閾値が一旦決定されると、その値は感度マップを作成するためにメモリ又はＥＥＰＲＯＭに保存される。

図３は、タッチセンサ１０の典型的な作動のタイミングチャートである。このチャートは複数のノードでのパルス信号を示し、識別されたキー（すなわち、キーK1〜K6）のサンプリングにおいてキーの接触６０があることを示す。しかし、コントローラ４０がキーボードに設けられた全てのキーについて接触６０を分析するであろうと理解されたい。チャートは、行Row1及びRow2に関連した回路に対応するノードＡ及びノードＢでのパルス信号をそれぞれ示す。しかし、コントローラ４０がキーボードに設けられた全ての行についてパルス信号を分析するであろうと理解されたい。チャートは、列Col1〜Col4に関連した回路に対応するノードＣ、ノードＤ、ノードＥ及びノードＦでのパルス信号をそれぞれ示す。しかし、コントローラ４０がキーボードに設けられた全ての列についてパルス信号を分析するであろうと理解されたい。チャートはまた、参照番号６２で示される破線ボックスでコントローラ４０により分析される接触信号を示す。

作動時に、上述したように、コントローラ４０は、行毎の順にキーへパルスを順次印加する。図３に示されるように、コントローラ４０は、一連の４個のパルスを各行に印加し、別の一連のパルスを別の行に印加する。例えば、時刻T1で開始すると、ノードＡは４個のパルスを識別し、次に所定時間の間、他にパルスを受信しない。４個のパルスがノードＡに送信された後、ノードＢが一連の４個のパルスを受信する。但し、図３にはそれらパルスのうち２個のみが示される。次に、行Row4への４個のパルスに続き、行Row3に４個のパルスが印加される。

コントローラ４０は、各列Col1〜Col4での信号の形態で各キーからの帰還情報を受信し分析する。とりわけ、１行の各キーはコントローラ４０からパルス信号を受信するので、コントローラ４０は各列から分析のための帰還情報を受信する。受信信号は、そのキーでの接触を示す接触信号か、そのキーで接触が無かったことを示す非接触信号のいずれかである。接触信号及び非接触信号は互いに異なるので、コントローラ４０は接触があることを識別できる。任意であるが、非接触信号は形状が三角形であってもよく、傾斜部を有してもよい。傾斜部の高さは信号の大きさに対応してもよい。任意であるが、信号の周波数は、コントローラ４０から送信されたパルス信号に対応する。ユーザによる接触はパルス信号を変化させるので、接触信号は非接触信号から見て独特である。任意であるが、信号変化は、ユーザ及びキーの容量性結合により生じてもよい。図示の実施形態において、接触信号は、非接触信号と比較して異なる傾斜角度を有する傾斜部を有する。任意であるが、接触の間にキーにおいて大きさが低いと、信号の高さは接触の間に異なる。図３に図示される信号の形状は三角形であるのに対し、信号は、矩形、方形、曲線等の異なる形状を有してもよいことに留意されたい。さらに、接触信号の形状は、図３に図示される接触信号と異なってもよい。

上述したように、コントローラ４０は、列毎の順でトランジスタの出力を順次分析する。出力は接触信号又は非接触信号のいずれかである。図示の実施形態では、時刻T1において、コントローラ４０は、ノードＣでの信号により示されるように列Col1からの信号を分析する。接触６０がキーK1で生じているので、この信号は破線ボックス６２で示されているように接触信号である。ノードＤ、ノードＥ及びノードＦにおける信号により示されるように、他の各列Col2〜Col4は時刻T1において信号を受信しているのに対し、コントローラ４０はこれらの列での信号を分析していない。或いは、コントローラ４０は複数の列から一度に複数の信号を分析してもよい。別の実施形態において、信号を分析するために別体のアナライザを設けてもよい。時刻T2において、コントローラ４０は、ノードＤでの信号により示されるように、列Col2からの信号を分析している。キーK2では接触が生じていないので、この信号は非接触信号である。キーK1が時刻T2において依然として接触信号示しているのに対し、コントローラ４０はキーK2の状態のみを分析している。時刻T3において、コントローラ４０は、ノードＥでの信号により示されるように、列Col3からの信号を分析している。キーK3では接触が生じていないので、この信号は非接触信号である。時刻T4において、コントローラ４０は、ノードＦでの信号により示されるように、列Col4からの信号を分析している。キーK4では接触が生じていないので、この信号は非接触信号である。

時刻T5において、コントローラ４０は行Row2にパルスを送り、ノードＣでの信号を分析することにより、キーK5の状態を分析している。キーK1が接触されている場合であっても、ノードＣでは非接触信号が提供される。このように、コントローラ４０は、単一行のキーにパルスを送り単一列のキーを分析することにより、接触されているキーを一意的に識別することができる。図示の実施形態において、コントローラ４０はまた、キーK2での信号を分析することにより時刻T8で、及びキーK6での信号を分析することにより時刻T12で、接触信号を識別する。複数のキーを任意の一時に接触でき、接触された各キーをコントローラ４０が一意的に識別することができることに留意されたい。また、パルス速度は、接触をより良好に識別し可能性のある偽接触をより良好に識別するために、通常の接触の間、各キーに多くのパルスを与えるよう十分に速くてもよいことにも留意されたい。

図４は、別のタッチセンサ７０用の別の接触回路の概略回路図である。図示の実施形態において、タッチセンサ７０は行列状に配列された複数のキーを有する。任意であるが、キーは複数行及び複数列の格子パターンに配列されてもよい。タッチセンサ７０には任意の数のキーが含まれてもよく、タッチセンサ７０は任意の数の行及び列のキーを含んでもよいことを理解されたい。図示の実施形態において、１６個のキーが４行４列に設けられている。これらのキーはK1〜K16として識別される。行はRow1〜Row４として識別される。列はCol1〜Col4として識別される。任意であるが、接触回路は、各キーに対して１個の抵抗及び１個のトランジスタが関連する。しかし、接触回路は、１個のキーにおける接触を識別するよう機能する他の部品を有してもよい。抵抗は、キーK1〜K16にそれぞれ対応するR1〜R16として識別される。トランジスタはキーK1〜K16にそれぞれ対応するQ1〜Q16として識別される。各キーK1〜K16は、同一行内で他のキーと並列に接触回路内で接続される。

タッチセンサ７０は、ユーザによる接触を検出するためのコントローラ８０を有する。コントローラ８０は供給電圧８２に接続され、また、回路接地８４に接続される。コントローラ８０はさらに、各行Row1〜Row４及び各列Col1〜Col4に接続される。一実施形態において、各列Col1〜Col4からの入力すなわち帰還は、コントローラ８０のアナライザ部８６で分析される。或いは、別体のアナライザを設けて各列に接続してもよい。任意であるが、コントローラ８０及びキーの各行Row1〜Row4の間にスイッチを接続してもよい。これらのスイッチはS1〜S4として識別される。ここで、S1はコントローラ８０及び行Row1の間に接続され、S2はコントローラ８０及び行Row2の間に接続され、S3はコントローラ８０及び行Row3の間に接続され、S4はコントローラ８０及び行Row4の間に接続される。任意であるが、スイッチS1〜S4はオペアンプに代表される。各スイッチS1〜S4の第１入力部はコントローラ８０に接続され、作動信号はコントローラ８０から各スイッチS1〜S4に送信してもよい。各スイッチS1〜S4の第２入力部は接地接続される。さらに、各スイッチは２個の電源に接続される。電源は一般にV1及びV2で識別される。任意であるが、各スイッチS1〜S4は、同一の２個の電源に接続されるので、各電源V1及びV2から同じ電圧が供給される。或いは、電源は各スイッチS1〜S4について異なっていてもよい。任意であるが、V1は正の電源であってもよく、V2は負の電源であってもよい。任意であるが、V1及びV2の電圧は等しいが正負が互いに逆であってもよい。一実施形態において、V1は+15Ｖであり、V2は-15Ｖであってもよい。しかし、V1及びV2はそれぞれ、+15Ｖ及び-15Ｖとは異なる電圧レベルを有してもよい。

作動時、コントローラ８０は、電源V1及びV2を対応するキー行Row〜1Row4にそれぞれ接続するようスイッチS1〜S4を選択的に制御すなわち駆動する。１行に信号が送信されないと、スイッチはV2からの電力を出力する。コントローラが１個のスイッチ例えばS1に信号を送信すると、スイッチS1はV1からの電力を各キーK1〜K4に出力する。電力が一旦供給されると、接触があったこと又は接触が無いことに関する帰還情報が各キーK1〜K4からコントローラ８０に逆送信される。接触信号は、接触が生じている際にコントローラ８０に送信される。非接触信号は、非接触又は非接触状態が生じている際にコントローラ８０に送信される。帰還情報は、キャパシタンスの変化すなわち接触を示すキャパシタンスに関連してもよい。帰還信号は、特定値の信号を受信する時間に関連してもよい。或いは、帰還情報は、接触が生じたことを示す所定時間での信号の大きさに関連してもよい。接触の帰還情報は非接触の帰還情報とは異なる。このように、コントローラ８０は、接触が生じているかどうかを決定するために帰還情報を区別することができる。さらに、V1及びV2の電圧差は、顕著な又は計測可能な帰還信号を提供するよう選択される。例えば、より大きな電圧差はより大きな帰還信号に対応し、帰還信号の変動はより大きな帰還信号としてより容易に認識され計測される。任意であるが、V1及びV2の一方又は両方の電圧は、コントローラ８０への最大帰還信号を制限するよう制御されてもよい。一実施形態において、帰還信号の電圧は最大５Ｖに制限されてもよいが、最大値はコントローラ８０のタイプ又は寸法に依存してもよい。

タッチセンサ１０と同様の方法で、タッチセンサ７０用の帰還情報は、対応する列Col1〜Col4に沿ってキーからコントローラ８０に戻って通信される。任意であるが、帰還情報は、各トランジスタの出力部からコントローラ８０に送信されてもよい。コントローラ８０は、信号すなわちパルスが送られている行を決定し列からの帰還情報を解釈することにより、ユーザがどのキーをタッチしたかを一意的に識別することができる。例示として、コントローラ８０が行Row3でパルス信号を発生しており、接触信号が列Col2であると識別する場合、キーK10が接触されていることになる。

図５は、タッチセンサ１０を使用する典型的な一デバイス１００の概略図である。デバイス１００は、タッチセンサ１０を保持するハウジング１０２を有する。任意であるが、デバイス１００はディスプレー１０４を有してもよい。デバイス１００は、図５に破線で示される内部コントローラ１０６を有してもよい。デバイス１００は、有線接続又は無線接続を介して第２のデバイス、機械又はシステム１０８と通信してもよい。デバイス１００、第２デバイス、機械又はシステム１０８を制御するために、タッチセンサ１０での接触を使用してもよい。

このように、低コストで信頼性高く作動するタッチセンサ１０が提供される。タッチセンサ１０は、複数行及び複数列の行列状に配列されたキーを有するキーボードを有する。これらキーは、接触状態を検出するためのトランジスタを含む制御回路を有する。タッチセンサ１０は、パルス信号を発生するコントローラ４０を使用して操作される。コントローラ４０は、複数行のうちの単一行にパルス信号を送信すると共に、接触が生じたかどうかを決定するために複数列のうちの単一列からの接触信号を分析する。このように、接触されたキーは、コントローラ４０により一意的に識別することができる。さらに、パルス信号はトランジスタに電力を供給するよう使用されるので、パルスが送信される行のトランジスタのみが任意の一時に電力供給される。このように、その列で受信された接触信号は、接触されているキーを一意的に識別することができる。

種々の特定実施形態の観点から本発明を説明したが、当業者であれば本発明は特許請求の範囲の真髄内で変更を加えても実施することができることを認識するであろう。

本発明の典型的な一実施形態に従って形成された容量性タッチセンサを示す概略図である。 図１に示される容量性タッチセンサを示す概略回路図である。 図１に示される容量性タッチセンサの典型的な作動のタイミングチャートである。 本発明の別の一実施形態に従って形成された容量性タッチセンサを示す概略回路図である。 図１に示される容量性タッチセンサを使用する典型的なデバイスを示す概略図である。

符号の説明

１０，７０ タッチセンサ
４６，８６ アナライザ部
７０ タッチセンサ
K1〜K16 キー
Q1〜Q20 トランジスタ
S1〜S4 オペアンプ
V1，V2 電源

Claims (10)

1. 接触検出位置を定めるキーを有するキーボードと、
   前記キーに関連すると共にトランジスタを有し、前記キーが接触に基づいて前記トランジスタを制御する制御回路と、
   該制御回路に接続され、該制御回路に送信するためのパルス信号を発生するパルス信号発生器であって、前記パルス信号は前記トランジスタに電力供給し、関連する前記キーに接触が生じた場合、前記トランジスタは接触信号を出力し、関連する前記キーに接触がない場合、前記トランジスタは非接触信号を出力するパルス信号発生器と、
   前記制御回路に接続され、接触があることを示す前記接触信号及び接触がないことを示す前記非接触信号のうちの一方を前記トランジスタから受信するアナライザと
   を具備することを特徴とするタッチセンサ。
2. 前記トランジスタは、前記パルス信号により電力供給された後に、前記接触信号及び前記非接触信号を出力することを特徴とする請求項１記載のタッチセンサ。
3. 前記トランジスタは電力供給されないと、前記パルス信号間に前記アナライザに出力を提供しないことを特徴とする請求項１記載のタッチセンサ。
4. ユーザが前記接触検出位置を接触している際に、前記トランジスタのベースが前記ユーザに容量結合されることを特徴とする請求項１記載のタッチセンサ。
5. 前記トランジスタを通過する電流は、接触が無い場合と接触がある場合とで異なることを特徴とする請求項１記載のタッチセンサ。
6. 前記アナライザは、前記接触信号及び前記非接触信号の間のキャパシタンスの変化、前記非接触信号の大きさに対する前記接触信号の大きさ、及び所定値に到達する前記非接触信号の時間に対する同じ所定値に到達する前記接触信号の時間のうちの一つを比較することを特徴とする請求項１項記載のタッチセンサ。
7. 前記タッチセンサは、前記制御回路に接続された供給電圧源と、前記制御回路及び前記供給電圧源に接続された供給要素とをさらに具備し、
   前記パルス信号発生器は前記供給要素のベースに接続され、
   前記パルス信号は、前記供給要素を駆動して前記供給電圧源及び前記キーの前記制御回路を接続することを特徴とする請求項１記載のタッチセンサ。
8. 前記供給要素は、トランジスタ及びオペアンプのいずれか一方であることを特徴とする請求項７記載のタッチセンサ。
9. 第１電源及び第２電源をさらに具備することを特徴とする請求項７記載のタッチセンサ。
10. 前記制御回路は接地に接続され、
    前記アナライザは、前記接触信号が偽接触信号であるかどうかを決定するために、前記接触信号のキャパシタンス変化を接地と比較することを特徴とする請求項１記載のタッチセンサ。

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