JP2559695B2

JP2559695B2 - タツチ作動式キ−ボ−ド

Info

Publication number: JP2559695B2
Application number: JP60501695A
Authority: JP
Inventors: ピ−タ− ビンステツド、ロナルド
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-04-17
Filing date: 1985-04-16
Publication date: 1996-12-04
Anticipated expiration: 2011-12-04
Also published as: EP0185671B1; GB8409877D0; GB2161935B; JPS61501953A; WO1985004994A1; EP0185671A1; ATE70675T1; DE3584956D1; GB8509693D0; GB2161935A; US4954823A; AU4213485A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、タッチ作動式キーボードに関し、より詳細
には未知の厚さのガラスを通して作動可能なタッチ作動
式キーボードに関する。

この明細書においてガラスという用語はキーボードが
通常透明ガラスを通して作動されるところから使用して
いる。しかし、ガラスという用語は透明であれ不透明で
あれすべての絶縁材料を含むものとして解釈すべきであ
る。不透明の絶縁材料の場合には、通常、各キーのタッ
チ領域を識別するための外部面板を設ける必要がある。
その他の点では、いろいろな厚さのガラスに対処すると
いう問題はガラスが透明であろうと不透明であろうと同
である。

英国特許出願第2011089号（米国特許第4145748号およ
びドイツ特許第2854539号に相当する）は、自己最適化
するタッチパッドセンサー回路を示している。このシス
テムにおいて、パッドはそれぞれの駆動パルスによって
アドレスされて出力値を出し、その前の各パッドの「無
タッチ」値は各新値との比較のためメモリーに記憶され
る。したがって、新値が所定量だけ旧値を超えたときに
のみ、回路はキーが作動されたものと決定する。このシ
ステムが有する不具合は、大きな静電容量を持つ物体が
突然すべてのキーに接近した時に決定論理回路によって
すべてのキーが作動されたものと判断されることであ
る。また、このシステムにはショーウインドーのような
非常に厚いガラスを通して作動するほどの感度はない。
厚いガラスはタッチされた時に小さな静電容量変化しか
生じないからである。したがって、この周知のシステム
はたとえば料理レンジ（第１頁第８〜14行参照）などの
家庭環境の中では受け入れ可能であるが、ガラスが厚く
て大きな容量性外乱が起こりうるショーウインドーに対
しては実用的でない。

本発明の目的は、ショーウインドーのようなタイプと
厚さのウインドーガラスを通して作動するのに適してお
り、かつ、キーボードの全部または重要部分に影響を及
ぼす大きな容量性外乱に比較的鈍感なタッチ作動式キー
ボードを提供することである。

本発明によるタッチ作動式キーシステムは、複数のキ
ーパッドからなるキーボードと、１枚の板ガラスを通し
て作動させるため前記キーボードを前記ガラスに取り付
ける手段とを有し、また、情報を表示し前記キーボード
によって選択可能なプロセスを制御する装置を有し、当
該装置は、環境要因が広範囲にわたってゆっくりまたは
急速に変化したときに前記キーボードからの信号を処理
して前記キーボードが置かれた環境の変化を自動的に補
償し、前記ガラスのさまざまな厚さを補償し、最小の誤
差で高レベルの感度を維持するよう連続的に調節する処
理回路を有している。

また、本発明によるタッチ作動式キーシステムは、１
つ以上のキーパッドからの出力信号を問い合わせる問合
せ手段と、１つ以上のキーパッドの出力を検出し処理す
るため前記キーボードに接続された検出手段とを有し、
当該検出手段は、問合せ中のキーパッドの出力を少なく
とも１つの他のキーパッドの出力と比較しこの比較の結
果として問合せ中のキーパッドの状態を決定する比較手
段を有している。

さらに本発明によれば、１枚の板ガラスを通して作動
させるため前記板ガラスの一面に取り付けられるタッチ
作動式キーボードが提供され、このタッチ作動式キーボ
ードは、所望のパターンで相互に隣接して配置された複
数のキーパッドと、各キーパッドの現在状態を評価する
ため各キーパッドに問合せを行う問合せ手段とを有し、
各キーパッドの出力を受け取るために接続された信号処
理手段を有し、当該信号処理手段は２つ以上のキーパッ
ドのための共通処理手段を有している。

好ましい実施例では、前記共通処理手段は前記タッチ
作動式キーボード上のすべてのキーパッドの出力に接続
されている。

他の実施例では、１つ以上のキーパッドは比較のため
だけに使用され、操作用のキーパッドではない。このよ
うな場合には、比較のために用いられるキーパッドをユ
ーザーの目に見えるようにする必要はない。

好ましくは、各キーパッドからの出力信号は静電容量
の値の形態をとっており、この静電容量の値は多くの外
的要因に従って、また、あるキーパッドに近接してこの
キーパッドと反対側の前記ガラスの面に置かれている指
その他類似の物体によって生じる、検出するのが望まし
い要因に従って変化する。前記信号処理手段は、好まし
くは、１つ以上のキーパッドにおける前記外的要因によ
る変化を検出する手段と、当該変化を問い合わされたキ
ーパッドから受け取った信号と比較して指その他類似の
物体の存在を決定する手段とを有している。

キーパッドと反対側のガラス面に接触する物体は、以
下、指と呼ぶことにする。キーパッドの静電容量を増加
させるものであればどんな物体であってもよい。また、
指は必ずしもガラスに触れる必要はなく、ガラスのごく
近くに保っておいても同じ効果を得ることができる。し
たがって、本発明においては、タッチとはごく近くに保
持することをも示すことになっている。手の１本の指が
ガラスに触れている時に他の指が他のキーに接近してこ
れらのキーに影響を及ぼすため他の外的要因が関係して
いるのは、そうした理由による。

接触している指によって比較的厚いウインドーガラス
を通して生じる静電容量はきわめて小さく、他の外的影
響が存在する下でのその静電容量の検出は困難である。
最も重要な外的影響は、いくつかのキーにわたる大きな
容量性の影響によってもたらされるが、たとえば、手が
近くにあるためにキーボードの一部がガラスの内部から
「はげて落ちる」ことによっていくつかのキーパッドと
それらキーの感度を比較的小さくするガラスとの間の接
触が少なくなり、あるいは、日光その他の温度偏差によ
ってガラスの特性や回路部品の特性に変化が生じ、ある
いは、ウインドーの外側の雨によってキーパッドとたと
えば風、ほこり、グリース、湿気などによってもたらさ
れる他の小さな影響との間に大きなカップリングがもた
らされるといったようなことである。したがって、本発
明はいくつかの設計上の特徴を組み合わせて上記の外的
影響の重ね合わせの結果を補償している。

特に、好ましい実施例では、前記処理回路は、すべて
のキーの平均値に対する１つ以上のキーの出力の比較的
長期のドリフトを補償するドリフト補償手段を有し、当
該ドリフト補償手段は、非作動状態にあるキーの出力を
平均値のほうへ調節するために平均値からドリフトして
いる各キーに調節を施す。

以下、本発明の実施例を添付図面を参照しながら説明
する。ここで、第１図は、本発明によるタッチ作動式キーボードシス
テムを示す図、第２図は、比較的薄いガラスを通して作動させるのに
適した周知のキーパッドの基本詳細図、第３図は、薄いガラスでも厚いガラスでもいろいろな
厚さのガラスを作動させるための本発明による高感度の
キーパッドの基本詳細図、第４図は、第３図のキーパッドの部分断面背面図、第５図は、第４図のキーパッド横断面図、第６図は、第４図のキーパッドと本発明による関係回
路のブロック図、第７図は、第６図の回路と共働する本発明によるコン
ピューターインターフェイスのブロック図、第８図は、第６図と第７図の回路のタイミング図、第９図は、本発明によるキーパッドシステムの一可能
な決定処理回路のブロック図、第10図は、図９の信号しきい値及びドリフト処理回路
の詳細ブロック図、第11図は、第４図または第５図に示されるようなキー
ボードからの最初の一組の典型的なキーパッド信号を示
す図、第12図は、第10図のドリフト補償回路が第11図の信号
の処理に与える効果を示す図、第13図は、信号をディジタル手段で処理するマイクロ
プロセッサーの主プログラムを示す図、第14図は、第13図のプログラムの初期設定ルーチンの
詳細を示す図、第15図は、第13図のプログラムのキー走査ルーチンの
詳細を示す図、第16図は、第15図のキー走査ルーチンの結果を処理す
るルーチンの詳細を示す図、第17図は、第16図の処理ルーチンの結果を処理するド
リフト補償ルーチンを示す図である。

まず第１図に関して、このタッチ作動式キーボードシ
ステムは、ガラス（絶縁体）表面16に取り付けられたセ
ンサーパッド12とインターフェイス回路14とからなるキ
ーボードアセンブリー10を有している。回路14からの出
力信号はリンク18上をインターフェイス22を介してコン
ピューター20に伝送される。このコンピューターは、視
覚的表示装置（VDU）24、工業用制御25、一般コンピュ
ーターネットワークとたとえば電話回線を介して通信す
るモデム26、ビデオテープレコーダーまたはディスクレ
コーダー28、大容量記憶装置（たとえば固定ディスク）
30、たとえば遠隔地にある別の表示装置（図示せず）を
制御する遠隔コンピューター32のような、いろいろな装
置からの命令を制御または（および）受信する。工業用
制御は、工業プロセスの制御を行う電気機械装置でも、
ショーウインドーで動作するロボットまたはプロジェク
ターでもよい。

次に第２図には周知のキーボード検出システムが示さ
れている。各パッド42、44、46等は決定回路48に接続さ
れており、この決定回路48は各パッドからの出力信号を
各静電容量変換器50、52、54を介して受信し、静電容量
の変化に基づいて指58によってタッチされたキーを示す
出力をライン56に提供する。この設計の第１の不具合
は、キーボードの中に決定回路を組み込む必要があるこ
とである。さもなくば、多数の接続が決定回路と各静電
容量変換器との間に必要となる。よって、４×３のキー
ボードについては少なくとも12本のリード線が必要とさ
れる。他の不具合は、部品許容差によってもたらされる
静電容量変換器間の相違や、環境条件の変化によっても
たらされる種々の応答によって感度が低下することであ
る。さらに他の不具合は、キーボード上に多数の構成部
品が必要とされることである。

本発明による装置においては、キーボードはマルチプ
レクサ手段としてのアナログマルチプレクサー66を介し
てたった１つの静電容量変換器68に接続されたキーパッ
ド60,62、64等を有しており、静電容量変換器68からは
たった１本の電線70が決定回路72に接続されている。決
定回路72はアナログマルチプレクサー66のポジションを
制御する。したがって、静電容量変換器はすべてのキー
パッドに共通しており、よって、第２図の場合のように
静電容量変換器50、52、54の不整合によってエラーがも
たらされることはない。また、たった１本の電線のみが
決定回路72に接続されているため、静電容量変換器68か
らの出力信号を適当に選択することによって決定回路72
を静電容量変換器68からかなり遠くに離すことができ
る。したがって、キーボードインターフェイス14の回路
は、決定処理過程がすぐそばで実行されることを必要と
しないので、比較的簡単であってもよい。したがって、
ガラス16に取り付けられるキーボードアセンブリー10は
これを比較的スリムにできるので、ショーウインドーの
ガラスとガラスの後ろで引き下げられる金属メッシュの
安全スクリーンとの間に取り付けることができる。

第４図と第５図には本発明によるキーボードの適当な
一設計が示されている。説明として、導電性の薄い材料
で出来た複数のパッド80、82、84、86、88、90を示して
ある。パッドの個数は個々の必要条件に適合するよう増
減可能である。たとえば、４×３の配列でも64字以上の
完全キーボードでもよい。パッド80等はベース板92に取
り付けられ、このベース板92の反対側にはアートワーク
のフィルム94が設けられている。アートワークはそれぞ
れの目的に応じて数字または他の機能によってキーパッ
ドを識別できるようにするものである。したがって、ア
ートワークは他のものと交換がきき、また、これを使用
すれば標準キーボード上の余分のキーを見えなくするこ
とによってユーザーに見られるキーの個数を少なくする
ことができる。ユーザーに見られないキーパッドは後述
のようにドリフト補償のために使用したり、または接続
を切ることができる。アートワークは、好ましくはガラ
ス16に接着することによって固定される。アナログマル
チプレクサー66への出力接続用に接続パッド96が設けら
れている。また、パッド間のカップリングを低減するた
めキーボード10上に保護トラック98が設けられている。
この保護トラック98は第５図に示すように接地可能であ
る。

または、キーボードを金属で薄く被覆した透明のプラ
スチックまたはガラスで作って各キーパッドまたはキー
ボード全体を透明にしてもよい。これによって、キーボ
ードにバックライトを当てたり、または、ユーザーがた
とえばキーボードの背面に取り付けられたディスプレイ
をキーボードを通して見れるようにすることができる。
このディスプレイはLCDでも他のタイプの表示装置でも
よく、このディスプレイによって、キーボードが情報を
表示したり、ユーザーに質問したり、タッチされた領域
（この領域は容易に変更できる）を表示したりすること
が可能になる。この技術は、何ら機械的な動きを要求せ
ずにタッチで動作するコンピューター用の自蔵アクセス
装置／キーボードに用いることができる。

この実施例に対して、アートワーク94はなくてはなら
ないものではないので、第４図と第５図に示すキーボー
ドは改変してよい。本システムによれば感度が増加しエ
ラーがなくなるので、これらによって共通の電子回路14
を検出パッドから遠く離れた位置に（つまり、直接パッ
ドの背面にではなく）設けることが可能になる。実際の
実施例においては、回路66等は個々のキーパッドから約
20cm（８インチ）以上離れている。これによって上記の
透明ディスプレイを達成することができる。

他の実施例では、キーボードはＸ−Ｙ位置指示器とし
ても使用されている。

保護レール98を省略した場合にはパッド間に大きなカ
ップリングが起こる可能性がある。指をあるキーパッド
の上に置くと出力が生じて上記のように検出されるが、
指をパッドの間の位置に移動させると２つ以上のパッド
が検出可能な出力を出すようになる。これを利用してキ
ーボード上どこにあろうと指の位置を「突き止める」こ
とができる。適当な周知の処理回路を用いれば指の位置
をカーソルのように画面に表示することができる。

キーパッドの間の中間指位置は、欲すれば、別の機能
を示すために使用できる。したがって、キーボード上の
キーパッドの個数よりも多くの機能を設けることができ
る。１つ以上のキーを１回でタッチすることが有効であ
ることに注意すべきである。たとえば、タイプライター
のシフトキーと同様に、ある特定の機能を果たすため１
つのキーをいろいろな他のキーをタッチしている間連続
的にタッチすることができる。

別の配列においては、１組のライン（たとえば０から
３）をキーパッドの横の列に接続し、残りのライン（４
から７）をマトリックス配列を与える縦の列に接続す
る。入力を多重送信することによってキーパッドの個数
を大幅に増加させることができる。たとえば、64個のキ
ーパッドの配列はたった16本（８＋８）のラインしか必
要とせず、したがって共通回路の本質的な増加なしに多
数のキーを許容している。検出は、たとえば、最大横列
読取り値を求めそれから最大縦列読取り値を求め、もっ
てタッチされたキーの同一性を付与する交点を識別する
ことによって行うことができる。

次に第６図に関して、各キーパッド80等はアナログマ
ルチプレクサー66のそれぞれの接点に接続されている。
マルチプレクサー66は、好ましくは、インデクシングカ
ウンター102の制御下にあって順次それぞれの入力接点
を共通スイッチ接点100に接続する働きをする半導体ス
イッチ接続部を備えた集積回路である。インデクシング
カウンターは、カウンター105（第９図参照）内でイン
ターフェイス22（第１図参照）からの高速クロックをカ
ウントダウンすることによって得られた、電線104上の
遠隔クロックによってクロックされる。インターフェイ
ス22からのリード線18内の電線の総本数は５本であり、
クロック線104、リセット線106、電力線108、110、およ
び出力データ線112からなっている。正の電力線108は電
線104、106を利用することによって省略でき、これらの
電線によってキーボードインターフェイス14内のコンデ
ンサー（図示せず）を充電する電力を供給してインター
フェイスを駆動することができる。

リード線18内にもっと多くの電線を設けることが許さ
れれば、カウンター102をなくして、３本の電線を用い
て８つのキーパッド入力に直接アクセスしたり、４本の
電線を用いて16個のキーパッド入力に直接アクセスした
り等できる。リセットパルスはアナログマルチプレクサ
ーを設定間隔にリセットしてマルチプレクサー66とコン
ピューターインターフェイス22としたがってコンピュー
ター20との間の正確な同期を保証するために用いられ
る。

マルチプレクサー66の出力は静電容量制御発振器114
の制御入力に送られ、その静電容量制御発振器114の出
力はデータ出力を電線112に送出するＮ除算回路116に接
続されている。ライン106上のリセットパルスは第８図
に関して後述するように除算器116をリセットし、また
発振器114の動作を抑止する。

次に第７図に関して、コンピューターインターフェイ
ス回路22はＲ−Ｓフリップフロップ120を有しており、
このＲ−Ｓフリップフロップ120のセット入力はデータ
ライン112に接続されリセット入力はリセットライン106
に接続されているので、Ｒ−Ｓフリップフロップ120は
除算器116と同時にリセットされる。フリップフロップ1
20のＱ出力はORゲート122の一方の入力およびコンピュ
ーター20の割込み入力に送られる。ORゲート122のもう
一方の入力はリセットライン106に接続されている。OR
ゲート122の出力は固定周波数発振器126への抑制入力と
して用いられ、固定周波数発振器126の出力は同じくラ
イン106上のリセットパルスによってリセットされるカ
ウンター128のクロック入力に送られる。カウンター128
のカウント出力はコンピューター入出力ポートに送られ
る。

第６図と第７図の回路の動作は第８図のタイミング図
から理解することができる。コンピューターは第8a図に
示すように連続的にすべてのキーを走査しかかる動作を
繰り返す。走査動作Ｍは第8b図〜第8f図は詳細に示して
ある。各走査サイクルにおいては、同期動作によってサ
イクルが開始され、引き続いてアナログマルチプレクサ
ー66に接続されている順番ですべての目標キーの読取り
が順次行われる。この場合にはキー０〜Ｎが順番に読み
取られる。読み取った各シーケンス（第8c図〜第8f図参
照）の最初の部分にはクロックパルスとリセットパルス
が同時に存在しているので、カウンター102としたがっ
てアナログマルチプレクサー66はゼロ位置にリセットさ
れ、また発振器114はリセットパルスが存在している間
抑止される。リセットパルスの終了時に発振器114はマ
ルチプレクサー66の共通接点100に生じる静電容量によ
って決定される周波数で動作を始める。その静電容量は
キーパッド「０」の静電容量のほかにリード線の漂遊静
電容量やマルチプレクサー66の静電容量である。リード
線の漂遊静電容量やマルチプレクサーの静電容量は、マ
ルチプレクサー66と各パッド80等との間のリード線がほ
ぼ同じ長さであり、かつ、保護トラック98が個々のトラ
ック上の疑似効果を低減するものと仮定すれば、ほぼ共
通している。したがって、発振器周波数は各キーパッド
の静電容量に依存している。

発振器114の出力はＮ除算回路116に接続されており、
このＮ除算回路116はリセットパルスの下降エッジによ
って動作を開始し、あらかじめ決められた設定値から発
振器114からの発振をカウントダウンする。除算回路116
の出力は、この出力が正の電圧に切り替わるときにカウ
ントがゼロ（またはあらかじめ決められた数）に達する
まで、ゼロボルトである。この時（パッド０に対するT0
の時）に正のステップがライン112に送り出される。し
たがって、間隔T0は周期T0にわたって平均化された発振
器114の動作の周波数を示している。

信号が合理的に期待されるすべての静電容量の値を得
るために送られるのを保証だけの時間が経過した後、別
のクロックパルスが１ステップだけクロックカウンター
102に送られ、これによってアナログマルチプレクサー6
6を１ポジション進めて次のキーパッドを共通接点100に
接続させる。次のリセットパルスはこのクロックパルス
と重なっておらず、したがってカウンター102はANDゲー
ト101が何ら出力パルスを出さないためゼロにリセット
されない。リセットパルスの終了時に除算器／カウンタ
ー116は発振器114からの出力サイクルをカウントし始
め、それがT1時間経過後にゼロ（またはあらかじめ決め
られたカウント数）に達したときに正の電圧のステップ
がデータライン112に送り出される。この過程はすべて
のＮ個のキーについて繰り返され（第8f図参照）、それ
からサイクルはリセットとクロックパルスを同時に送る
ことによって再び開始される。パルスシーケンスのタイ
ミングはコンピューターインターフェイス22内の特別に
設計されたクロックパルス発生器（図示せず）によって
またはコンピュータ20内の簡単なタイミング制御プログ
ラムによって行われる。

したがって、各リセットパルスの後でかつ正のパルス
がフリップフロップ120（第７図参照）に送られる前に
時間間隔T0、T1等は決定され、それぞれの時間間隔は各
キーパッドの静電容量に比例している。送られるパルス
は一連の高速パルスではなくて正のステップであるた
め、発振器114の出力がケーブルリング18を伝送された
場合に起こるようにライン18上で干渉を受けることはな
い。

フリップフロップ120は各リセットパルスによってリ
セットされ、ライン112上のデータパルスの正になるエ
ッジによってセットされる。したがって、ORゲート122
はデータパルスが正のエッジの時に固定周波数発振器を
抑止し、この発振器はリセットパルスの下降エッジで動
作を開始する。発振器126の出力はカウンター128によっ
てカウントされ、したがってカウンター128は時間T0、T
1等に比例する非常に正確なディジタル読出しを出力す
る。この読出しは並列操作としてコンピューターその他
の決定回路に転送できる。

次に第９図に関して、決定回路がアナログ決定論理回
路として示されている。この回路において第７図のカウ
ンター128出力はＤ−Ａ変換器139に送られ、この変換器
の出力はアナログマルチプレクサー66と同期されている
他のマルチプレクサ手段としてのアナログマルチプレク
サー140に接続されている。Ｄ−Ａ変換器の出力は各サ
ンプル及びホールド回路142、144、146、148に記憶され
る。したがって、各サンプル及びホールド回路142等は
各走査シーケンスの終了時に各キーパッドの静電容量に
比例するアナログ量を保持する。各サンプル及びホール
ド回路の出力は各信号処理回路150、152、154、156に接
続されており、これら各回路の出力は第１比例手段とし
ての最大信号検出回路160に接続されている。信号処理
回路150〜156はしきい値及びドリフト回路162によって
動作が修正される。しきい値及びドリフト回路の動作に
ついては第10図に関して後で説明する。

最大信号検出回路160の動作は周知であって、最高入
力信号を選択して最も大きな応答をもたらすキーパッド
を出力に示す。しきい値及びドリフト回路162によって
設定された一定のしきい値よりも高いキーパッド応答が
なければ、検出回路160は何ら出力を出さず、もってど
のキーパッドもタッチされていないことを示す。

検出回路160の出力は、キーパッドのオペレーター視
覚用の表示を画面24上に表示するようコンピューター20
を動作させる計算機コードルックアップテーブル165に
送られる。表示装置は、記憶装置30から得られるたとえ
ば鉄道の時刻表に関する情報を付与する静的タイプのも
のでも、また、たとえば旅行案内業者向けのビデオフィ
ルムであってもよく、後者の場合、フィルムはコンピュ
ーターによってVCR（ビデオカセットレコーダー）28内
にセットされるテープカウンター選択手段によって選択
される。

しきい値及びドリフト補償回路は第10図に示されてお
り、ここではただ１つのキーについてのみ考える。信号
処理装置の回路は各キーについて同一である。サンプル
及びホールド回路は標準のものであり、したがって図示
していないが、ライン143、145等上に各信号処理装置15
0等への入力信号を形成する。

サンプル及びホールド回路142、144、146、148等から
のライン143、145、147、149等上の各信号は第２比較手
段としての加算回路172の正の入力に送られるほか、し
きい値及びドリフト補償回路162内の累算回路174の１つ
の入力に送られる。累算回路174の出力はＮ減衰回路176
に送られるが、数字Ｎは検出されるキーパッドの個数に
選ばれる。前述したようにこの数字はユーザーの目に見
える数よりも大きな数にすることができ、比較パッドと
して使用すればこれらは目に見えないものとなる。した
がって、ライン173上の出力は測定されたすべての静電
容量の平均に比例する電圧となる。

平均変化生成手段としての別の加算回路180ではさら
に他の値が計算され、同じく平均変化生成手段としての
別のＮ減衰回路182に送られる。この除算器182の電圧出
力（平均変化信号）は平均変化に比例し、加算回路172
とこれに対応する他の加算回路（図示せず）の出力を合
計することによって得られる。比較回路172の出力（第
１差信号）は最新の走査読取り値とその前の走査読取り
値との間の差に比例するので、この値は静電容量の変化
を表わしている。これは平均化されてライン183上に平
均変化量が提供され、この平均変化量は矢印184で表わ
されるようにすべての信号処理回路150、152、154、156
等で使用される。

また、平均変化量は加算器186において回路188で得ら
れた平均キー静電容量の関数である背景しきい値と結合
され、ライン163（第９図参照）上にしきい値が得られ
る。この値は、信号検出回路160において、もしあれ
ば、ライン175上の各出力値をライン163上のしきい値と
比較することによってどのキーがタッチされているかを
決定するのに用いられる。

もちろん、ライン163上のしきい値は他のキーの状態
に応じて変わる。しきい値を得るためにすべてのキーを
使用する必要はなく、特に大きな（たとえば完全なQWER
TY）キーボードの場合には選択を行ってもよい。

平均変化検出回路180、182の出力は入力として各信号
処理回路150、152、154、156に送られる。回路150にお
いて前記出力は加算回路190の負の入力に接続されてい
る。また、正の入力は加算回路172の出力175に接続され
ており、したがって各信号処理回路内の回路190の出力
は当該キーの現在の静電容量変化とすべてのキーの平均
変化との差である。回路190の出力はこの出力を係数Ｋ
で修正する回路192、および積分器194を介して送られ、
この積分器の出力（ドリフト補償信号）は回路172のも
う一方の入力に送られる。

ライン175上の出力は当該キーの静電容量変化であっ
て絶対値ではない。絶対値は、当該キーの過去の値を表
わす電圧である積分器194の出力を当該キーの現在の値
から引き算することによって得られる。

初期設定時に積分器には最初の走査中に得られる値が
付与されるものの、この値はその時からライン175上の
静電容量差読取り値とドリフト補償回路とによってゆっ
くり修正される。補償の速度は回路192内にあらかじめ
設定された係数Ｋによって決定される。係数Ｋはキーを
押すことに対しては長くしかし長期ドリフトに対しては
短くセットされた時定数である。

したがって、加算回路172はライン195上の旧値をライ
ン143上の新値と比較してライン175上に出力値を生成す
る。キーがタッチされなければ、他のすべての条件が変
わらないと仮定して何ら出力は生じない。

次に第11a図に関して、８個のキー（０〜７）に対す
る典型的なキー出力信号が示されている。外乱のない定
常静止状態において十字記号で示される出力は「ゼロ」
レベルまたはその近くにある。このレベルは主としてガ
ラスの静電容量に起因している。任意の走査における平
均変化は非常に小さく、これは点線200で示されてい
る。しきい値レベルは回路188内の関数ｆ（ｘ）によっ
て設定され、これは点線202で示されている。関数ｆ
（ｘ）によっていろいろなガラス厚さに対して回路を使
用することが許容される。ガラスの厚さはすべてのキー
パッドの静電容量に影響を及ぼす。平均された絶対静電
容量は関数ｆ（ｘ）に対する入力であり、出力は背景し
きい値（つまり、真に押されたとして取り扱うためには
キー静電容量が平均からどのくらい増加しなければなら
ないか）を定めており、ｆ（ｘ）は薄いガラスでは静電
容量の変化が大きくしかし厚いガラスでは変化が小さく
なるように実験上で選定される。このようにして、キー
パッドは厚さや絶縁耐力の異なるガラス上で使用されて
も一定の感度を維持する。すべての出力とこのしきい値
レベルとの間には容易に識別できるギャップがある。し
たがって、キー３をタッチすればその出力は点線の矢印
204で示すようにしきい値レベルを超えて上昇し、検出
回路160によって検出可能となる。

第11b図は共通モードの外乱の影響を示している。平
均変化はすべてのキーが同時に変化するため非常に大き
くなる。またしきい値も、背景が回路186で平均変化に
加算されるため変化する。したがって、状況は平均変化
としきい値ライン200、202が「ゼロ」レベルからかなり
移動している点を除いて変わっていない。タッチしてい
るキー３はなお矢印204で示すように容易に検出可能で
ある。

第11c図には不均一モードの外乱の影響が示されてい
る。この外乱においてはあるキーだけが影響を受け、こ
の例ではキー３と４が外乱を受けるものと仮定されてい
る。見てわかるように平均変化ライン200はほとんど移
動していないが、これはキー３と４の２つの大きな変化
は８個のキーの全体平均にはあまり影響を与えないから
である。修正されなければ回路はキー３と４がタッチさ
れているものと常に判断することになる。しかし、これ
は、係数Ｋによって決まる時間経過後にライン175から
の静電容量変化のフィードバックによって修正されるよ
うになっている。したがって、不均一モード信号がキー
３と４を本当にタッチしたことに起因するものでなけれ
ばこれは補償されることになる。もし本当のタッチが行
われていれば１本以上の指がすばやく離れたものと判断
される。

第11d図には共通モードと不均一モードの両外乱の影
響が示されている。共通モードのほうは第11b図と同様
にライン200と202の移動となり、不均一モードのほうは
単にキー６に影響するだけと仮定する。したがって、論
理によればキー６はタッチされているものと判断され
る。これには実際にそうである場合と、誤った条件の結
果としての場合とがありうる。もし後者であれば積分器
194によって補償が行われる。

第12a図には容量性キーからの信号のドリフトの影響
が示されている。そのようなドリフトは期間が経過する
につれてまたはキーパッドが徐々にたとえば１つ以上の
領域でガラスをはげ落とすことによって生じる。各キー
の十字記号からわかるように各値の広がりは非常に大き
いので平均ライン200はあまり移動していないけれども
しきい値ライン202と最高読取り値キー（この例ではキ
ー３と６）との間の雑音マージンは非常に低い。さらに
そして多分最も問題なのは、最低読取り値キー（この例
ではキー４）のタッチを検出しようとすれば静電容量変
化はライン200と202間の背景しきい値の約２倍なければ
ならないことである。これは達成不可能であり、したが
ってキー４は実際上不作動となる。また、キー４がタッ
チされるとキー４の「近接」効果によって（キー４とキ
ー３は隣接していると仮定して）キー３が作動し、キー
４は作動しない。これから明らなように本発明による補
償回路を備えない限りキーボードはまったく無用のもの
になってしまう。

第12b図はドリフト補償回路の効果を示している。平
均レベル（ライン200）としきい値レベル（ライン202）
は第12a図とあまり違っていないが、各キーが持ってい
る平均値からの実効エラーは加算回路190と積分器194に
よるドリフト補償によって小さくなっている。この回路
においてライン200で表わされる平均変化値は実値（た
とえば第12a図のキー３の場合には大きな正の値であ
る）と比較される。この値は係数Ｋによって修正された
後、積分器194に対する正の入力を生じる。これは次々
に、ライン143上の新しい静電容量読取り値から引き算
される積分器194の出力を増加させ、これによって加算
回路172の出力を減少させ、もって第12b図に示すように
雑音マージン205を増加させる。

押されたキーの検出の確率に関する効果は第12c図か
ら理解できる。ドリフト補償がなければ確率曲線206は
間違いの見込みが十分あるところで広がっている。ドリ
フト補償回路を備えれば曲線208で示されるようにキー
タッチが誤って検出されることはほとんどないことがわ
かる。

次に第13図〜第17図に関して、各キーに対し別々の信
号処理装置ではなく同一の回路を用いることによって時
分割多重ベースで信号処理を実行することができる。こ
れを達成するためキーパッドからの出力静電容量信号は
カウンター128（第７図参照）によってディジタル形式
に変換され、第13図〜第17図に示すプログラムによって
決定される順序でディジタル的に処理される。

第13図に関して、起動に続くメインプログラムは初期
設定のステップを通過してから３つのステップからなる
一定の繰返しループに入る。各ステップについては第14
図〜第17図においてより詳細に説明する。

第14図において初期設定ステップはすべてのキーの静
電容量の値を読み取るステップと、（もしあれば）すで
に記憶されているすべての旧いキー値を新しい値と取り
替えるステップとからなっている。これらの値は次の使
用のためにサンプル及びホールド回路142等、または適
当なメモリーに記憶される。

これによって初期設定ルーチンは終了し、サンプル及
びホールド回路に次の新しいキー値と比較するための値
が与えられる。

それから、第15図に示されるキー走査ルーチンがキー
番号ゼロ（Ｉ＝０）から始まる開始走査命令をスタート
する。各キーは読み取られその静電容量値は既存のキー
値との比較をなしうるディジタル形式で記憶される。キ
ー番号は１つずつ更新され、最後のキーが読み取られて
いなければ最後のキーが読み取られるまでサイクルを繰
り返す。その後、走査キープログラムは終了し、第16図
に示される次のシーケンスが始まって現在記憶されてい
る「旧い」キー静電容量値と新しいキー静電容量値が使
用される。

処理は各キーに対するライン175の出力値（新値−旧
値）の計算から始まり、次いで平均変化を計算して必要
な出力をライン183その他に伝える。それから、平均絶
対キー値を回路174および除算器176で計算する。いろい
ろな環境条件やガラスの厚さに適合するよう容易に変更
可能なｆ（ｘ）によって決定される最良背景しきい値レ
ベルを知り、それから真のしきい値を回路186で計算す
る。新しいキー値を旧いキー値と比較して、最大変化の
１個以上のキーを見つけ出し、それをしきい値と比較す
る。しきい値を超えるキーが検出されると、たとえば任
意の遠隔機能制御用のASC11コードを出力するASC11コー
ド変換器にイエス出力を出す。これが終了し、または何
らキーが検出されなければ、第17図に示すようにドリフ
ト補償シーケンスがスタートする。

最初のキー（Ｉ＝０）を選択した後、それの平均変化
からのエラーを計算し、それからすでに記憶されている
旧値を、ドリフトを補償するため通常部分的に、更新す
る。次のキー（Ｉ＝１）を選択し、すべてのキーが更新
されるまで同じプロセスを繰り返す。その後、第13図に
示すようにプログラムを再び開始する。

したがって、回路は、同一回路の時分割多重使用によ
って順次目標値を計算するのを可能にする簡単なプログ
ラムを備えればアナログでもディジタルでもよい。その
ようなプログラムにおいては初期設定段階の間いくつか
の読取り値の平均値を使用することができ、したがって
システムをスイッチを入れてからより一層正確にするこ
とができる。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のキーパッドからなるキーボード（1
0）と、１枚のガラスを通して作動させるため前記キー
ボードを前記ガラスに取り付ける手段と、データを表示
し前記キーボードにより選択可能なプロセスを制御する
手段（20,24）とを有するタッチ作動式キー装置であっ
て、さらに、前記複数のキーパッドの出力を検出し処理
する検出手段（66,68,70,72）を有し、当該検出手段
は、前記複数のキーパッド（80,82,84,86）の中の１つ
のキーパッドの信号を受け取る複数の信号処理回路（15
0,152,154,156）と、前記複数のキーパッド（80,82,84,
86）の少なくとも一部のキーパッドの信号を受け取りし
きい値を生成するしきい値回路（162）と、前記複数の
キーパッド（80,82,84,86）の中から１つの問い合わさ
れるキーパッドを選択するマルチプレクサ手段（66,14
0）と、問合せ中のキーパッドの対応する信号処理回路
（150,152,154,156）の出力を前記しきい値と比較し、
この比較の結果として前記問合せ中のキーパッドがタッ
チされているかどうかを決定する第１比較手段（160）
とを有する前記装置において、前記信号処理回路（150,152,154,156）は、おのおの、
対応するキーパッド（80,82,84,86）の出力信号を各自
のドリフト補償信号と比較する第２比較手段（172）を
有し、当該第２比較手段（172）は、前記ドリフト補償
信号に関してキーパッドの信号レベルの変化を表わす第
１差信号を生成し、前記検出手段（66,68,70,72）は、さらに、前記信号処
理回路すべての前記第１差信号を加算して平均変化信号
を提供する平均変化生成手段（180,182）を有し、前記信号処理回路おのおのの前記ドリフト補償信号は各
自信号処理回路の前記第１差信号と前記平均変化信号と
の差を積分することによって生成され、これにより当該
ドリフト補償信号は対応するキーパッドの出力信号で各
自の信号処理回路に受け取られる信号に次第に追従し、
前記信号処理回路おのおのの出力信号は前記第２比較手
段（172）の出力信号により提供され、前記しきい値回路（162）は、前記少なくとも一部のキ
ーパッドの信号を加算して前記キーボードの少なくとも
一部の平均信号レベルに比例する値を決定する手段（17
4,176）と、ガラスのいろいろな厚さを補償するため前
記平均信号レベルに比例する前記値に基づいて背景しき
い値を決定する手段（188）とを有し、前記第１比較手
段（160）で使用される前記しきい値は前記背景しきい
値と前記平均変化信号とを加算することによって得ら
れ、環境要因が広範囲にわたってゆっくりまたは急速に変化
したときに高レベルの感度が最小の誤差で維持されるよ
うに前記キーボードの置かれた環境の変動やガラスのい
ろいろな厚さを自動的に補償することを特徴とするタッ
チ作動式キー装置。
【請求項２】前記複数のキーパッドおのおのの出力信号
はいくつもの外的要因に従ってまた操作要因に従ってそ
の値が変化する静電容量の値の形態をとっている請求項
１記載のタッチ作動式キー装置。
【請求項３】前記検出手段の出力により作動し必要な情
報を表示する視覚的表示装置（24）を有する請求項１ま
たは２記載のタッチ作動式キー装置。
【請求項４】前記ガラス（16）はショーウインドーであ
り、前記表示される情報は記録されたデータから選択可
能である請求項３記載のタッチ作動式キー装置。
【請求項５】キーパッド間のカップリングを低減するた
め前記複数のキーパッドの隣り合うキーパッド間に保護
レール（98）が存在している請求項１〜４のいずれか１
つに記載のタッチ作動式キー装置。
【請求項６】前記キーボードをＸ−Ｙセンサ領域として
使用するため前記複数のキーパッドの隣り合うキーパッ
ド間に保護レールが存在していない請求項１〜４のいず
れか１つに記載のタッチ作動式キー装置。
【請求項７】前記キーボードは透明である請求項１〜６
のいずれか１つに記載のタッチ作動式キー装置。
【請求項８】データを表示する装置は、視覚的表示装置
（24）、ビデオレコーダー（28）、およびコンピュータ
（32）を有し、前記レコーダーに記憶される情報は、キ
ーボードからの指令に従って視覚的表示装置（24）上に
表示するため、コンピュータ（32）により選択可能であ
る請求項１記載のタッチ作動式キー装置を含むショーウ
インドー用表示装置。