JP4944295B2 - 双方向走査・スイッチ・マトリックス法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子入力装置に関し、特に、各行（ロウ）及び列（カラム）を双方向で走査して高入力容量を提供できる多重エレメント・スイッチ・マトリックスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
キーパッドはコンピュータやＶＣＲなどの電子機器に対する最も一般的なユーザー・インターフェースである。通常、例えばコンピュータ・キーボード上のキーパッドは行及び列のマトリックスで配置された複数のキーを含んでいる。コンピュータ・ユーザーはキーパッド上の複数のキーの中の特定のキーを押すことによってそのコンピュータやＴＶに命令を入力したり、あるいはそれらと交信したりする。
【０００３】
一般的に、１つのキーを押すと１つ又は複数の対応する電気的接触子が機械的に作動して別のものと物理的に接触し、それによってそれらの間に電気的接続が成立する。用いられる接続機構によって、電気的接続は単に一時的なものであったり（つまり、そのキーが離されれば切断される）、あるいは固定的なもの（つまり、そのキーが離されても、例えば、そのキーを再度押すなどの方法で意図的に切断されるまで接続されたまま）であったりする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一時的な電気接続を提供する接続機構の１つの事例は押しボタンで、これはボタンが押されている間だけ電気的接続をもたらし、ボタンを押す動作が中断されるとその電気的切断が接続される。一方、スイッチは、トグル・スイッチと呼ばれる特殊な種類のスイッチの場合のように、例えばキーを押すなどの方法で一度ONされると、そのスイッチが能動的にOFFされるまでは、そのキーが離されてもON(接続状態）のままである。
【０００５】
これらのキーの場合のように、対応する接続機構も通常はスイッチ・マトリックスと呼ばれる行および列のマトリックスで配置されている。したがって、各押しボタンあるいは上記マトリックス内でのスイッチの位置は行及び列座標（例えば行、列）で示すことができる。例えば、第２行、第３列に位置する押しボタンは（２，３）という座標を有することになる。
【０００６】
通常、スイッチ・マトリックスはどのスイッチが押されたかを判定するために『走査』される。走査動作は通常、知られている信号を１つの行に与えて、各列を調べるステップを含んでいる。例えば、行１がLOWである場合に信号レベルLOWが列２で検出されであれば、座標（１，２）のキーが押されたと判断される。このプロセスは１回に１行の割合で、キーを最も短く押された場合でもそれを検出するのに十分な速度で各行に対して反復される。この走査方法を用いることにより、そのマトリックス内のいずれの位置のどのキーを押しても、１回に１つのキーが押される限り、それを検出することが可能である。
【０００７】
電子機器に対して益々進んだ特徴が追加されつつある今日、それに対するユーザー・インターフェースは益々多くのキーを必要としている。残念なことに、従来のスイッチ・マトリックスが走査し検出できるキーの最大数は行数と列数の堰に限定されている。例えば、通常の４ｘ４キーパッドは最大１６個のキーをサポートすることができる。
【０００８】
従って、益々必要となる多数のキーを収容するためには、通常のマトリックスのサイズを大きくしなければならず、したがって、ユーザー・インターフェース装置の製造コストも増大することになる。
【０００９】
さらに、通常の走査スイッチ・マトリックスは、例えば押しボタンなどの一時的接触機構に対応できるだけである。対応するキーが離されてしまった後でもスイッチは接続されたままであるので、２つのキーを連続的に押すと、通常の走査・スイッチ・マトリックスに対しては、それら２つのキーが同時に押されたように見えるであろう。通常の走査スイッチ・マトリックスは１回に１つのキーを押す動作を検出することができるので、それはスイッチには対応できない。
【００１０】
従って、ユーザー・インターフェース装置が押しボタンとスイッチの両方を必要とする場合は、スイッチ・マトリックスに加えて各スイッチのために専用検出機構を提供しなければならない。この追加的な検出機構はユーザー・インターフェースの複雑さとコストを増大させることになる。
【００１１】
通常の最大数、つまり行数と列数の積より多いキーを収容できる走査スイッチ・マトリックスが必要である。
【００１２】
また、それらスイッチのための専用検出機構を必要とせずにスイッチの一体化を可能にしてくれるよりフレキシブルでコスト効果が高いスイッチ・マトリックスが必要である。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の原理によれば、スイッチ・マトリックスは少なくとも１つの行コンダクタと少なくとも１つの列コンダクタで構成される。上記少なくとも１つの行コンダクタと上記少なくとも１つの列コンダクタのうちの少なくとも１つは所定の電圧レベルで駆動することができ、そして、上記スイッチ・マトリックスの走査中にそこから電圧レベルを読取らせることができる。
【００１４】
本発明の１つの側面によれば、スイッチ・マトリックスは複数の行コンダクタと、複数の列コンダクタと、そして上記複数の列コンダクタの少なくとも１つを上記複数の列コンダクタの少なくとも１つに接続させるように構成された複数のスイッチ・エレメントを有している。上記複数のスイッチ・エレメントの総数は上記複数の行コンダクタの総数と上記複数の列コンダクタの総数の積より大きい。
【００１５】
本発明の別の側面によれば、スイッチ・マトリックスは複数の行コンダクタと、複数の列コンダクタと、上記複数の行コンダクタの少なくとも１つを上記複数の列コンダクタの少なくとも１つに一時的に接続するように構成された少なくとも１つのスイッチ・エレメントと、そして、上記複数の行コンダクタの少なくとも１つを上記複数の列コンダクタの少なくとも１つに固定的に接続するように構成された少なくとも１つのスイッチ・エレメントで構成される。
【００１６】
本発明の原理によれば、スイッチ・マトリックスを走査する方法は、複数の行コンダクタの１つを１回１個の割合で所定の電圧レベルで駆動するステップと、上記複数の行コンダクタの１つが上記所定の電圧レベルで駆動されている時に複数の列コンダクタのそれぞれをモニターし、複数の列コンダクタのうちの少なくとも１つを１回１個の割合で所定の電圧レベルで駆動するステップと、そして、上記複数の列コンダクタのうちの１つが上記所定の電圧レベルで駆動されている時に複数の行コンダクタのそれぞれをモニターするステップとにより構成されている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明は例えばキーパッドなど、押しボタンやスイッチなどの多数の接続機構を有するユーザー・インターフェースで用いることができるフレキシブルで効率的なスイッチ・マトリックスとその走査方法を提供する。本発明の原理によるスイッチ・マトリックス装置及びその走査方法は行数と列数の積の最大２倍までの接続機構に対応することができる。
【００１８】
スイッチ・マトリックス装置及びその走査方法はスイッチ専用の検出機構を必要とすることなく、上記スイッチ・マトリックス内の１つ以上のスイッチの一体化を可能にする。
【００１９】
簡潔明瞭に示すために、３つの行と３つの列を有する例示的マトリックス、つまり３ｘ３スイッチ・マトリックスについて述べるが、本発明はいずれのサイズの、つまりいずれの数といずれの数の列を有するマトリックスにも同様に適用可能であり、そして、対称型マトリックス、つまり、行と列の数が等しいマトリックスにも非対称型のマトリックスにも同様に適用可能である。
【００２０】
図６は３行と３列のマトリックスとして構成された９つの接続機構を有する単純で例示的な従来のスイッチ・マトリックスを示している。
【００２１】
具体的には、図６は９つの押しボタンK1-K9を示している。これら９つの押しボタンk１−K9のそれぞれは1対の電気接触子33及び34と、接続ボタン35を有している。各電気接触子33は行コンダクタ31に接続されており、各電気接触子34は上記列コンダクタ32に接続されている。同じ列、あるいは同じ列上の押しボタンはそれぞれ同じ列コンダクタ32又は同じ行コンダクタ31を共有している。例えば、押しボタンK1、K2、K3は行１の同じ行コンダクタ31を共有しており、押しボタンK１、K4及びK7は列１の同じ列コンダクタ32を共有している。
【００２２】
１つの押しボタンが押されたのを検出するために、それら押しボタンのそれぞれを走査するアルゴリズムが提供されている。走査中、独自の信号が1回に１つの行に適用され、各列に関してその信号が存在しているかどうかを走査する。各行に対して１回に1行の割合で、接続機構の最も短期間の閉鎖でも検出されるような高速ベースで、このプロセスが繰り返される。
【００２３】
上記独特な信号が１つの特定の行に適用された場合に、他の行は1つの列で複数のスイッチが同時に押された場合などに過剰な電流が流れるのを防ぐために高いインピーダンスで他の電圧に接続されている。通常の回路においては、行をロウにし、列を、例えば制御装置（図示せず）の入力レシーバなど、モニタリング回路の切り換え閾値より上のVCCあるいはVDDなどのハイ状態に受動的に引き上げらることができる。
【００２４】
接触子34及び35が切断されると（つまり、ボタン35が押されていない場合は）、列コンダクタ32が行コンダクタ31と非接続のままである。従って、そのレシーバ36の入力端末の電圧はハイ（例えばVDD）、あるいは高インピーダンス（例えば）
三状態、Hi−Z）のままである。しかしながら、ボタン35が押されて接触子35と34が電気的に接続されると、コンダクタ31と32が相互に接続される。コンダクタ31がロウになると、制御装置の入力レシーバの電圧がロウになるであろう。従って、
押しボタンK１−K２のいずれかを押すと、それは各行がロウになり、各列のロウ電圧をモニターすることで検出できる。
【００２５】
例えば、押しボタンK５が押され（そして、同時に押された他の押しボタンはなかった）と想定してみよう。走査アルゴリズムは先ず行１をロウにして（さらに行２及び３をハイあるいは高インピーダンス（つまり、三状態出力））にして、列１−３のそれぞれの電圧レベルを１回に１つの割合でチェックする。押しボタンK1−K3は押されていないので、例えばVDDなどの高電圧レベル、あるいは高インピーダンス電圧レベルが列１−３のそれぞれで検出される。
【００２６】
次に上記アルゴリズムは行２をロウ（そして行１及び３をハイ）にして、列１−３のそれぞれ電圧レベルを1回に１個の割合でチェックする。押しボタンK4及びK6は押されなかったので、例えばVDDなどの高電圧レベルが列１−３のぞれぞれで検出されるであろう。しかしながら、行２はロウになるので、押しボタンK5でのボタン35を押すことで接触子33と34との間の接触を介してのコンダクタ31とコンダクタ32との間の接続を通じて列２で検出されるであろう。
【００２７】
行３が上記アルゴリズムによりロウにされ、そして列１−３がモニターされると、ハイ電圧あるいは高インピーダンスがそれら各列で検出されるであろう。従って、押しボタンK5の位置に対応する座標（2、2）だけで検出されるという事実によって押しボタンK5が押されたという判断を行うことができる。
【００２８】
各座標で連続的に切り換え（例えばロウからハイへの）が行われるので、非常に高周波数AC信号がコンダクタ31−32のそれぞれによって伝送される。このAC信号は、通常、ノイズ信号となり、このノイズ信号はEMIコンデンサを通じて各行コンダクタ31及び列コンダクタ32を設置するために低インピーダンスACシャントを用いることによって最低レベルに抑える必要がある。従って、通常のスイッチ・マトリックスにおいては、正常な作動のために、ACデカップリング（あるいはEMI及び／又はノイズ・フィルター）コンデンサ38の使用が必要となる。
【００２９】
さらに、上に述べた従来のスイッチ・マトリックスが１つの行及び列コンダクタ31及び32の交差点のｑつの座標（行、列）を有することは容易に理解できるであろう。つまり、１つの行コンダクタと１つの列コンダクタとのいずれの組み合わせに対しても１つの座標を割り当てることができる。従って、 例え第２の行と第３の列との対は(2,3)の座標を有するであろう。従って、通常のスイッチ・マトリックスは最大で行ｘ列（例えば、上の３ｘ３のマトリックスの例では９）のスイッチ・エレメント、例えばボタンやキーに対応することができ、各ボタンやキーはその座標（行、列）によってそれぞれ独自にアドレス可能である。
【００３０】
対照的に、本発明の原理よるスイッチ・マトリックスは押しボタンのマトリックスの２倍のサイズ、つまり、２ｘ行ｘ列に対応することができ、これは従来のスイッチ・マトリックスの容量の二倍である。以下に説明するように、１つの行と１つの列との間の各交差点（あるいは対）は２つの独自の座標、例えば（行、列）及び（列、行）を有することができ、従って、それぞれ独自にアドレス可能な２つの押しボタンをサポートすることができる。
【００３１】
特に、図１に示すスイッチ・マトリックスは２つの押しボタンと各座標に１つのブロッキング・ダイオード12を有している。従って、図１に示す３ｘ３スイッチ・マトリックスは18個の押しボタンKA−KI及びK1−K9、つまり行数と列数との積の２倍の押しボタンを有している。
【００３２】
ブロッキング・ダイオード12はこの例ではスイッチ・エレメントKA−KIと対応する行コンダクタ31の間に接続された状態で示されているが、それぞれの行がロウとなり、あるいはそれぞれの列がロウとされた時に順方向にバイアスされるが、それぞれの行及び列の両方がロウにされた場合には順方向にバイアスされなき限り、上記ダイオードを他の場所、例えばスイッチ・エレメントKA−KIと対応する列コンダクタ32の間、あるいはスイッチ・エレメントK1−K9と行コンダクタ31あるいは列コンダクタ32との間に配置することができる。
【００３３】
従来のスイッチ・マトリックスとは違って、本発明の原理によるスイッチ・マトリックスは行コンダクタ31と列コンダクタ32の両方の電圧レベルをモニターできるようにする。さらに、従来のスイッチ・マトリックスとは違って、図１のスイッチ・マトリックスは行コンダクタ31と列コンダクタ32の両方を駆動できるようにする。つまり、本発明の原理によるスイッチ・マトリックスの行コンダクタ31と列コンダクタ32の両方は双方向であり、つまり、どの時点でも入力と出力のいずれの役割でも果たす事ができる。
【００３４】
対応する行コンダクタがロウになった場合にブロッキング・ダイオード12は逆方向にバイアスされ、対応する押しボタンKA−KIなどの対応するスイッチ・エレメントが接続される。従って、スイッチ・エレメントKA−KIのそれぞれが接続されると、対応する行コンダクタ31と列コンダクタ32は相互に切断されたままである。
【００３５】
しかしながら、各列がロウであり、そして対応するスイッチ・エレメントKA−KIが接続された場合は、ダイオード12は順方向にバイアスされ、従って、対応する行コンダクタ31と列コンダクタ32とが接続される。列が駆動されている場合、KA−KIが接続されていれば、列コンダクタ32上の電圧（通常０．５ボルト程度のダイオード上での順方向にバイアス電圧降下以下）が行コンダクタ31上にかかる。従って、それぞれの行コンダクタの電圧レベルをモニターすることで、スイッチ・エレメントKA−KIの閉鎖を検出することができる。
【００３６】
従って、スイッチ・エレメントK1−K9の閉鎖が各行を１回１つの割合で駆動し、列のそれぞれをモニターすることによって検出できることは分かるであろう。行コンダクタ31がロウにされるとダイオード12が逆方向にダイオードされるので、スイッチ・エレメントKA−K9のいずれが閉鎖されても、列コンダクタ32のいずれかのモニターされる電圧には何の影響も及ぼさない。この順方向走査（便宜上、以下、行だけが駆動される走査を順方向走査と呼び、列だけが駆動される走査を逆方向走査と呼ぶことにする）中に、スイッチ・エレメントK1−K9のいずれの閉鎖も検出することができる。
【００３７】
逆方向走査中に列コンダクタがロウになると、対応するダイオード12は対応するスイッチ・エレメントKA-KIが接続された場合に順方向にバイアスされ、従って、前に述べたようにスイッチ・エレメントKA−KIのいずれの閉鎖でも行うことができる。
【００３８】
従って、順方向走査中に、通常のスイッチ・マトリックスの場合と同様、座標は（行、列）として表現することができる。しかしながら、逆方向走査中に、座標（列、行）を提供するようにしてもよい。従来のスイッチ・マトリックスの場合とは違って、本発明の原理に基づくスイッチ・マトリックスにおいては、座標（行、列）は座標（列、行）とは別のものとして取り扱われる。
【００３９】
例えば、通常のスイッチ・マトリックスにおいては、座標（行＝２、列＝３）と座標（列＝３、行＝２）は同じスイッチ・エレメント、つまり、二番目の行コンダクタと三番目の列コンダクタとの交差点に存在するK6を示している。本発明の原理に基づくスイッチ・マトリックスにおいては、座標（行＝２、列＝３）と座標（列＝３、行＝２）とは異なった２つのスイッチ・エレメント、K6とKFをそれぞれ示している。
【００４０】
図１Aに示されているように、１つの走査サイクル中に順方向走査と逆方向走査を交互に繰り返すことで、18個のスイッチ・エレメントすべてについてその閉鎖をモニターできる。
【００４１】
図２は本発明の原理に基づく一体化された固定接続スイッチを有する別の例示的スイッチ・マトリックスを示している。
【００４２】
具体的には、図２はすべての点で図２のスイッチ・マトリックスとまったく同じであるが、押しボタンKA、KD、及びKGの代わりに列１の３つの座標に固定接続スイッチSWA−SWCを有しているスイッチ・マトリックス20を示している。
【００４３】
スイッチ・マトリックス20はスイッチSWA−SWCが含まれているにも拘わらず、図１のスイッチ・マトリックス10と基本的に同様に作動する。
【００４４】
例えば、順方向走査中に、スイッチ・マトリックス10の場合と同様、ダイオード12は逆方向にバイアスされ、それらのスイッチは行及び列コンダクタから切り離されるので、スイッチSWA−SWCはスイッチ・マトリックスには何の影響も及ぼさないであろう。
【００４５】
逆方向走査中に、１つの列コンダクタ37'だけが１回に作動でき、そして１つの行レシーバだけを１回に読み取ることができるので、スイッチSWA−SWCのそれぞれを独自にモニターしてそれらの閉鎖状態を検出することができる。
【００４６】
例えば、列１がロウにされて、行１のレシーバがロウであると読み取られた場合、他のスイッチSWB及びSWCの状態には関係なく、スイッチSWAは閉じられていなければならない。従って、スイッチSWA−SWCのいずれの閉鎖状態も独自に検出することができる。
【００４７】
従って、固定接続あるいは一時接続タイプのいずれかのスイッチング・エレメントに対する専用走査あるいは検出機構を必要とせず、固定接続タイプのスイッチング・エレメントを同じ操作アルゴリズムで走査される一時接続タイプのスイッチング・エレメントと共に同じスイッチ・マトリックスに一体化することができる。
【００４８】
図３は図１及び図２に示されているような本発明の原理によるスイッチ・マトリックスの例示的実施の形態で使用可能な走査アルゴリズムのフロー・チャートである。
【００４９】
特に、順方向走査ステップ301−309の間に、行コンダクタ31のそれぞれロウにされ（つまりゼロ状態）、そして列コンダクタ32が１回に１つの割合でモニターされて、スイッチング・エレメントK1−K9のいずれかが閉じられていればその閉鎖状態を上に述べたように検出することができる。より具体的に、ステップ301で、例えば第１の行と第１の列が順方向走査の開始点として選択される。この開始点が座標（１，１）でなくてもよく、他のいずれの座標でもよいことは当業者には自明であろうし、容易に理解できるであろう。ステップ304−307に示すように、
各行ｉがロウにされている間（ステップ303）に、列1−ｎ（例えば、図１及び図２の事例に示されている３ｘ３スイッチ・マトリックスにおける１−３）のぞれぞれを（ステップ305で）モニターする。ステップ306で、現在の列ｊを列の最大数ｎ、例えば図１及び図２の実例で３と比較することによって、すべての列がモニターされたか（あるいは読み取られたか）どうかについての判定が行われる。ステップ308で、現在の行ｉを行の最大数ｎ、例えば図１及び図２の実例で３と比較することによって、すべての行がモニターされたか（あるいは読み取られたか）どうかについての判定が行われる。
【００５０】
逆方向走査ステップ310−318の間、列コンダクタ３２はそれぞれロウにされ（つまりゼロ状態）、そして行コンダクタ31が１回に１つの割合でモニターされて、スイッチング・エレメントKA−KIのいずれかが閉じられた状態であればその閉鎖状態が検出される。より具体的には、ステップ310で、例えば第１の行と第１の列が逆方向走査の開始点として選択される。この開始点が座標（１，１）である必要はなく、他のいずれの座標であってもよいことは当業者は自明であり、容易に理解されることであろう。ステップ312−316に示されるように、各列ｉがロウにされている間、行１−ｎ（例えば図１及び２の実例で示されている３ｘ３スイッチ・マトリックスでは１−３）のそれぞれがモニターされる（ステップ305）。
ステップ315で、現在の行ｊを列の最大数、例えば図１と２の例では３と比較することによってずべての行がモニターされたか（読み取られたか）どうかについての判定が行われる。ステップ308で、現在の列ｉを列の最大数、図１と２の例では３と比較することですべての列がロウにされたかどうかについての判断が行われる。
【００５１】
上の説明で分かるように、本発明の原理に基づく双方向走査スイッチ・マトリックスは図３に示す走査アルゴリズムを修正することで簡単に実現することができる。個々の列が同じタイプのスイッチング・エレメント、つまり押しボタンかスイッチを含むようにすることによって、図２に示す実施の形態のための走査アルゴリズムをさらに修正する必要性は最低限に抑えることができる。
【００５２】
図４はハードウエアで実施された走査アルゴリズムを有する、本発明の原理に基づくスイッチ・マトリックスの別の実施の形態である。
【００５３】
特に、図４は３つの行と３つの列を有するスイッチ・マトリックス40、つまり３ｘ３マトリックスを示している。
【００５４】
各行コンダクタ31はドライバー37の出力端末に接続されている。ドライバー37はライン・ドライバーやオープン・コレクタ・アンプなどのいずれであっても差し支えない。各列コンダクタ３２はレシーバ36の入力端末に接続されている。レシーバ36はライン・レシーバや検出器アンプなどのいずれであってもよい。レシーバ36はそのレシーバ36の入力端末での信号の遷移方向（つまりハイからロウか、あるいはロウからハイへか）に対応してシュミット起動されるものであってもよい。
【００５５】
各行コンダクタ31と各列コンダクタ32がプルアップ・レジスタ38を介してそのレシーバ36のスイッチング閾値より上の電圧レベルにハイに引き上げられる。通常、行及び列コンダクタは通常VCCあるいはVDDなどと呼ばれるその装置の電子部品の供給電源と等しい電圧レベルにプルアップされる。
【００５６】
プルアップ・レジスタ38はコンダクタ31及び32内の固有抵抗、及びキーが押された場合に適切な限度まで検出が行われるようにボタン35及び接触子33及び34の予想される接触抵抗と比較して大きくなければならない。プルアップ・レジスタ38はマトリックス内の多くのキーが同時に押される場合に備えて十分に大きくなければならず、そうすればそれらのプルアップ・レジスタ38は効果的に並列作動する。
【００５７】
従来のスイッチ・マトリックスと比較して、本発明によるマトリックスは例えばロウ電圧などの水平電圧と水平な高インピーダンス電圧をかけることで走査することができ、コンダクタ31及び32にはACノイズ信号は発生しない。従って、図４及び５の実施の形態は静電放電（ESD）破損から護るためのオプション可能なEMIコンデンサ39を示しているが、図４及び５に示すスイッチ・マトリックスの正常な作動のためにコンデンサ39が常に必要な訳ではない。従って、本発明はAC結合コンデンサを用いる必要なく適切に走査できるスイッチ・マトリックスを提供する。
【００５８】
行コンダクタ31と列コンダクタ32は上に述べたように図６に示される従来のスイッチ・マトリックスのものと同様に配置され、作動する。
【００５９】
加えて、図４に示されるスイッチ・マトリックスは各座標に２つの押しボタンと１つのブロッキング・ダイオード12を有している。従って、図１の３ｘ３スイッチ・マトリックスは18個の押しボタンKA−KIとK1−K9、つまり行と列の数の積の２倍の押しボタンを有している。
【００６０】
この例ではブロッキング・ダイオード12がスイッチング・エレメントKA−KIと各行コンダクタ31との間に接続された状態で示されているが、それぞれの行がロウにされるか、あるいはそれぞれの列がロウにされるが、両方の状態が同時に起きていないいない場合に順方向にバイアスになる限り、そのダイオードを、例えばスイッチング・エレメントKA−KIと各列コンダクタ32との間、あるいはスイッチング・エレメントK1−K9と行コンダクタ31か列コンダクタ32との間など他の場所に配置してもよいことは、当業者には自明であろう。
【００６１】
図４はさらに、行コンダクタ31と列コンダクタ32の両方の電圧レベルのモニターを可能にするための行コンダクタ31と列コンダクタ32の両方のレシーバ36を示している。
【００６２】
さらに、図４のスイッチ・マトリックスは行コンダクタ31と列コンダクタ32との両方に接続されているドライバー37の出力を含んでおり、行コンダクタ31と列コンダクタ32の両方を駆動できるようになっている。
【００６３】
従って、本発明の原理に基づくスイッチ・マトリックスの行コンダクタ31と列コンダクタ32は双方向性であり、どの時点でも入力及び出力のいずれかの役割を果たすことができる。
【００６４】
ドライバー37はそれぞれ三状態出力を有すると同時に、ドライバー37が所定の電圧レベルを出力できるようにしたり、行又は列コンダクタからの出力を切断した状態とみなすことができる高インピーダンス信号を出力できないようにすることができるイネーブル入力（バブルとして示してある）を含んでいる。つまり、ドライバー37がディスエーブルされると、それは対応する行コンダクタに対する接続状態（あるいは開放された状態）のように見える。
【００６５】
選択信号SEL（０）、SEL（１）及びSEL（２）のそれぞれは、例えば、図１のスイッチ・マトリックスを走査してスイッチング・エレメントKA−KIのいずれかの閉鎖状態の存在を調べる走査アルゴリズムの制御のもとで発生され、どのドライバー37をイネーブルするかについて選択を行う。
【００６６】
順方向あるいは逆方向信号FOR／REVは選択信号と共にどのドライバー37をイネーブルするかを選択するために用いられ、またロウ信号をドライバー37の入力端末に送る。OR−ゲート13はFOR／REV信号と対応する選択信号の両方がロウの場合だけ行ドライバー37がイネーブルされ、そして、逆転されたFOR／REV信号と対応する選択信号が両方ともロウの場合だけ、列ドライバー37がイネーブルされるようにする。インバータ11は行と列の両方が同時にイネーブルされないようにするためにFOR／REV信号を逆転する。FOR／REV信号とイネーブルされるべきドライバーの選択に関する選択信号に関する真理値表を以下の表１に示す。
表１
FOR／REV SEL(0) SEL(1) SEL(2) ドライバー37'の出力
０ ０ １ １ 行１ロウ、他はすべてHi-Z
０ １ ０ １ 行２ロウ、他はすべてHi-Z
０ １ １ ０ 行３ロウ、他はすべてHi-Z
１ ０ １ １ 列１ロウ、他はすべてHi-Z
１ １ ０ １ 列２ロウ、他はすべてHi-Z
１ １ １ ０ 列３ロウ、他はすべてHi-Z
【００６７】
走査アルゴリズムは上の表１に示すようなFOR／REV、SEL（0）、SEL（1），SEL（2）の信号シーケンスを循環する。
【００６８】
ブロッキング・ダイオード12は対応する行コンダクタがロウにされ、対応するスイッチング・エレメント、例えば対応する押しボタンKA-KIが接続されると逆方向にバイアスされる。従って、対応するスイッチング・エレメントKA-KIが接続されても、対応する行コンダクタ31と列コンダクタ32が相互に切断されたままである。
【００６９】
しかしながら、対応する列がロウにされ、対応するスイッチング・エレメントKA-KIが接続されると、ダイオード12は順方向にバイアスされ、従って対応する行コンダクタ31と列コンダクタ32が接続される。列が駆動されている場合、列32上の電圧（通常０．５ボルト以下であるダイオード上での順方向バイアス電圧降下以下）が、対応するスイッチング・エレメントKA-KIが接続されている場合に行コンダクタ31にかかる。従って、対応する行コンダクタ上の電圧レベルをモニターすることによって、スイッチング・エレメントKA-KIの閉鎖状態を検出することができる。
【００７０】
従って、１回に１つの割合で行を駆動し、各列をモニターすることでスイッチング・エレメントK1−K9の閉鎖状態を検出することは分かるであろう。ダイオード12は行コンダクタ31がロウにされている場合逆方向にバイアスされるので、スイッチング・エレメントKA−KIのいずれが閉じられても、列コンダクタ32のモニターされる電圧に何の影響も及ぼさない。従って、この順方向走査（便宜上、以下、行だけが駆動される走査を順方向走査と呼び、列だけが駆動される走査を逆方向走査と呼ぶことにする）中に、スイッチ・エレメントK1−K9のいずれの閉鎖も検出することができる。
【００７１】
逆方向走査中に列コンダクタがロウになると、対応するダイオード12は対応するスイッチ・エレメントKA-KIが接続された場合に順方向にバイアスされ、従って、前に述べたようにスイッチ・エレメントKA−KIのいずれの閉鎖でも行うことができる。
【００７２】
従って、順方向走査中に、通常のスイッチ・マトリックスの場合と同様、座標は（行、列）として表現することができる。しかしながら、逆方向走査中に、座標（列、行）を提供するようにしてもよい。従来のスイッチ・マトリックスの場合とは違って、本発明の原理に基づくスイッチ・マトリックスにおいては、座標（行、列）は座標（列、行）とは別のものとして取り扱われる。
【００７３】
例えば、通常のスイッチ・マトリックスにおいては、座標（行＝２、列＝３）と座標（列＝３、行＝２）は同じスイッチ・エレメント、つまり、二番目の行コンダクタと三番目の列コンダクタとの交差点に存在するK6を示している。本発明の原理に基づくスイッチ・マトリックスにおいては、座標（行＝２、列＝３）と座標（列＝３、行＝２）とは異なった２つのスイッチ・エレメント、K6とKFをそれぞれ示している。
【００７４】
図７に示されているように、１つの走査サイクル中に順方向走査と逆方向走査を交互に繰り返すことで、18個のスイッチ・エレメントすべてについてその閉鎖をモニターできる。
【００７５】
図７に示されているように、完全な走査サイクルは期間ｔ１−ｔ18を含んでおり、そのそれぞれは特定の行又は列コンダクタ31及び32がロウにされている間に行われる対応するレシーバ36による特定の行あるいは列コンダクタ31あるいは32の読み取り動作に対応する。
【００７６】
例えば、期間ｔ１−ｔ９の間に、FOR／REVはロウ、インバータ11からの信号はハイで、従ってすべての列ドライバー37はディスエーブルされ、そして列コンダクタ32に対してはそれらがまったく存在しないように見える。従って、期間ｔ１−ｔ９の期間中は、順方向走査が行われ、つまり、行が駆動され、列はモニターされる。
【００７７】
期間ｔ１−ｔ３の間に、行１は（選択信号を011に保持して行１のドライバ-37だけをイネーブルするようにして）ロウにされ、各列は対応するレシーバ36によって読み取られる、つまり、期間ｔ１の間に列１が読み取られ、期間ｔ２中に列２が読み取られるなどである。こうした方法、順方向走査期間中、つまりｔ１−ｔ９の間にすべてのスイッチング・エレメントK1−K9がチェックされる。
【００７８】
順方向走査のすぐ後に、つまり、期間ｔ10−ｔ18の間に、走査アルゴリズムはハイFOR／REV信号を発生させ、この信号はすべての行ドライバー37に対して高インピーダンス信号を出力できないようにする。列ドライバー37は１回に１つの割合でロウにされ、行レシーバ３６のそれぞれは図示されているように読み取られる。ダイオード12の陰極にロウ信号が存在しているので、対応するスイッチング・エレメント、つまり押しボタンKA−KIの対応する１つが閉じられると、そのダイオード12が順方向にバイアスされる。従って、スイッチング・エレメントKA-KIのいずれか１つが閉じられていると、対応する行レシーバ36は、対応する列がロウの間はロウ電圧が（加えられたダイオードの順方向電圧降下と共に）読み取られる。
【００７９】
従って、逆方向走査期間中にスイッチング・エレメントKA-KIがモニターされ、そしてすべてのスイッチング・エレメントK1−K9とKA-KIは完全な走査サイクルｔ１−ｔ18中にモニターされる。
【００８０】
図５は本発明の原理に基づく、一体化された固定接続スイッチを有するスイッチ・マトリックスの別の例示的ハードウエアによる実施の形態を示している。
【００８１】
特に、図５はすべての点で図４のスイッチ・マトリックスと同じであるが、押しボタンKA、KD、及びKGの代わりに列１の３つの座標に固定接続スイッチSWA−SWCを有するスイッチ・マトリックス50を示している。
【００８２】
スイッチ・マトリックス50はスイッチSWA−SWCを含んでいるにもかかわらず、図４のスイッチ・マトリックス40と基本的に同様に作動する。
【００８３】
例えば、スイッチ・マトリックス50の場合と同様、ダイオード12は逆方向にバイアスされ、それらのスイッチが行及び列コンダクタから切り離されるので、順方向走査中に、スイッチSWA−SWCはスイッチ・マトリックスに対して何の影響も及ぼさない。
【００８４】
逆方向走査中、1回に１つの列ドライバー37だけがイネーブルされ、１回に１つの行レシーバだけが読み取られるので、スイッチSWA−SWCのそれぞれを独自にモニターして閉鎖状態を検出することができる。
【００８５】
例えば、列１がロウにされ、そして行１のレシーバがロウと読み取られた場合、他のスイッチSWB及びSWCの状態とは関係なく、スイッチSWAは閉じられねばならない。従って、スイッチSWA−SWCのいずれの閉鎖状態も独自に検出することができる。
【００８６】
従って、固定接続あるいは一時的接続対応のスイッチング・エレメントのための専用走査あるいは検出機構を必要とせずに、固有接続タイプのスイッチング・エレメントを一時的接続タイプのスイッチング・エレメントと共に同じスイッチ・マトリックス内に一体化することができることが分かるであろう。
【００８７】
本発明の原理に基づくスイッチ・マトリックス及び方法を例示的回路配置を用いた１つの好ましい実施の形態を参照して上に述べたが、本発明はスイッチ・マトリックスを走査しつつ、列と行を交互に駆動、読み取りできるようにする、つまり行と列の両方が同時には絶対に駆動されないようにすることができる上記回路のいずれのバリエーションとでも実施できる。
【００８８】
さらに、３つの固定接続スイッチング・エレメントを示す例示的実施の形態を参照して本発明の原理に基づくスイッチ・マトリックスについて述べたが、本発明は順方向走査グループあるいは逆方向グループ、あるいはプロセッサによるモニタリング・メモリー内のどの位置に、どれだけの数の固定接続スイッチング・エレメントを用いてでも実施することができ、より高速なメモリーでシステムやユーザー定義可能情報を重ね合わせることができる。
【００８９】
本発明をその例示的実施の形態を参照して上に述べたが、当業者であれば本発明の精神と範囲から逸脱することなく上に述べた本発明の実施の形態に対して種々の修正を行うことができるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理に基づく例示的な３ｘ３スイッチ・マトリックスの簡略系統図。
【図２】本発明の原理に基づく例示的な一体化スイッチを有する３ｘ３スイッチ・マトリックスの簡略系統図。
【図３】本発明の原理に基づく、図１及び図２に示す上記例示的３ｘ３スイッチ・マトリックスの走査を示すフロー・チャート。
【図４】本発明の原理に基づく、上記３ｘ３スイッチ・マトリックスの走査の例示的ハードウエア構成の簡略系統図。
【図５】本発明の原理に基づく、一体化スイッチを有する上記３ｘ３スイッチ・マトリックスの例示的ハードウエア構成の簡略系統図。
【図６】例示的な通常の３ｘ３スイッチ・マトリックスの簡略系統図。
【図７】本発明の原理に基づく、図４に示す例示的３ｘ３スイッチ・マトリックスの走査サイクルのタイミングを示す図。
【符号の説明】

Claims (20)

1. スイッチ・マトリックスであって、
   少なくとも１つの行コンダクタ、及び
   少なくとも１つの列コンダクタを備え、前記少なくとも１つの行コンダクタ及び前記少なくとも１つの列コンダクタの各々を所定の電圧レベルで駆動して電圧レベルで読み取られることができ、
   さらに、
   前記少なくとも１つの行コンダクタを前記少なくとも１つの列コンダクタに接続するように構成された複数のスイッチ・エレメントであって、前記複数のスイッチ・エレメントの総数が前記少なくとも１つの行コンダクタの数と前記少なくとも１つの列コンダクタの数を掛け合わせて得られる数より大きい、複数のスイッチ・エレメント、
   全ての行コンダクタと全ての列コンダクタを接続する第１の電流経路であって、電流を双方向に流すように実装された第１の電流経路、及び
   全ての行コンダクタと全ての列コンダクタを接続する第２の電流経路であって、電流を一方向のみに流すことができるダイオードからなる第２の電流経路
   を備えたスイッチ・マトリックス。
2. 前記複数のスイッチ・エレメントの少なくとも１つが一時的接続タイプのスイッチ・エレメントである請求項１記載のスイッチ・マトリックス。
3. 前記複数のスイッチ・エレメントの少なくとも１つが一時的スイッチである請求項１記載のスイッチ・マトリックス。
4. 前記複数のスイッチ・エレメントの少なくとも１つが固定接続タイプのスイッチ・エレメントである請求項２記載のスイッチ・マトリックス。
5. 前記複数のスイッチ・エレメントの数が前記行コンダクタと前記列コンダクタを掛け合わせて得られた数の２倍である請求項１記載のスイッチ・マトリックス。
6. スイッチ・マトリックスであって、
   複数の行コンダクタ、及び
   複数の列コンダクタを備え、前記少なくとも１つの行コンダクタ及び前記少なくとも１つの列コンダクタの各々を所定の電圧レベルで駆動して電圧レベルで読み取られることができ、
   さらに、
   前記少なくとも１つの行コンダクタを前記少なくとも１つの列コンダクタに接続するように構成された少なくとも１つの一時的押しボタンを含む複数のスイッチ・エレメント、
   全ての行コンダクタと全ての列コンダクタを接続する第１の電流経路であって、電流を双方向に流すように実装された第１の電流経路、及び
   全ての行コンダクタと全ての列コンダクタを接続する第２の電流経路であって、電流を一方向のみに流すことができるダイオードからなる第２の電流経路
   を備え、
   前記複数のスイッチ・エレメントの総数が前記複数の行コンダクタの総数と前記複数の列コンダクタの総数の積より大きく、
   前記複数のスイッチング・エレメントの一部が電流を双方向に流すように実装され、他の前記複数のスイッチング・エレメントは電流が一方向にしか流れないように制限される、スイッチ・マトリックス。
7. 前記スイッチ・エレメントの総数が前記行コンダクタの総数と前記列コンダクタの総数の積の２倍である請求項６記載のスイッチ・マトリックス。
8. スイッチ・マトリックスであって、
   複数の行コンダクタ、
   複数の列コンダクタ、
   前記複数の行コンダクタのうちの少なくとも１つを前記複数の列コンダクタの少なくとも１つに一時的に接続するように構成された複数の一時的スイッチ・エレメント、
   前記複数の行コンダクタの少なくとも１つを前記複数の列コンダクタの少なくとも１つと固定的に接続するように構成された複数の固定スイッチ・エレメント、
   全ての行コンダクタと全ての列コンダクタを接続する第１の電流経路であって、電流を双方向に流すように実装された第１の電流経路、及び
   全ての行コンダクタと全ての列コンダクタを接続する第２の電流経路であって、電流を一方向のみに流すことができるダイオードからなる第２の電流経路
   を備え、
   前記複数の一時的スイッチ・エレメント及び前記複数の固定スイッチ・エレメントの合計が、前記複数の行コンダクタと前記複数の列コンダクタを乗じて得られる数を超え、
   前記複数の一時的スイッチング・エレメントの一部が電流を双方向に流すように実装され、他の前記複数の一時的スイッチング・エレメントは電流が一方向にしか流れないように制限される、スイッチ・マトリックス。
9. 前記少なくとも１つの一時的スイッチ・エレメントが少なくとも１つの押しボタンである請求項８記載のスイッチ・マトリックス。
10. スイッチ・マトリックスを走査する方法であって、
    全ての行コンダクタと全ての列コンダクタを接続する第１の電流経路における複数のスイッチの少なくとも１つに電流を双方向に流すことを可能とするステップ、
    全ての前記行コンダクタと全ての前記列コンダクタを接続する第２の電流経路における複数のスイッチの少なくとも１つダイオードを介して電流を一方向のみに流すことを可能とするステップ、
    複数の行コンダクタの少なくとも１つを複数の列コンダクタの少なくとも１つに固定接続するステップ、
    １回に前記複数の行コンダクタの各々を所定の行電圧レベルで駆動するステップ、
    前記複数の行コンダクタの１つが前記所定の行電圧で駆動されている間に、前記複数のスイッチのうち、前記複数の行コンダクタのうちの駆動されるものに対して閉じられたスイッチに対応する所与の電圧降下について、前記複数の列コンダクタの各々をモニターするステップ、
    １回に前記複数の列コンダクタの各々を所定の列電圧レベルで駆動するステップ、及び
    前記複数の列コンダクタの１つが前記所定の列電圧で駆動されている間に、前記複数のスイッチのうち、前記複数の列コンダクタのうちの駆動されるものに対して閉じられたスイッチに対応する所与の電圧降下について、前記複数の行コンダクタの各々をモニターするステップ
    からなり、
    前記複数のスイッチの数が前記固定接続によって、前記複数の行コンダクタの数と前記複数の列コンダクタの数を掛け合わせて得られる合計数を超えて増やされることを特徴とするスイッチ・マトリックスを走査する方法。
11. 請求項１０記載のスイッチ・マトリックスを走査する方法であって、さらに、
    前記複数の行コンダクタのモニター中に前記所定の列電圧の存在に基づいて前記複数のスイッチのうちの第１のスイッチの閉鎖を検出するステップ、及び
    前記複数のスイッチのうちの第２のスイッチの閉鎖を検出するステップであって、前記複数のスイッチのうちの第２のスイッチの閉鎖の検出が前記複数の列コンダクタのモニター中に前記所定の行電圧レベルの存在に基づいて行われる、ステップ
    を備えるスイッチ・マトリックスを走査する方法。
12. 前記複数のスイッチが一時的押しボタンを含む請求項１１記載のスイッチ・マトリックスを走査する方法。
13. 前記複数のスイッチが固定スイッチを含む請求項１１記載のスイッチ・マトリックスを走査する方法。
14. 前記複数のスイッチが一時的押しボタン及び固定スイッチを含む請求項１１記載のスイッチ・マトリックスを走査する方法。
15. 請求項１記載のスイッチ・マトリクスにおいて、
    前記一方向とは、前記少なくとも１つの行のうちの１つから前記少なくとも１つの列のうちの１つに電流を流すものである、スイッチ・マトリクス。
16. 請求項６記載のスイッチ・マトリクスにおいて、
    前記一方向とは、前記少なくとも１つの行のうちの１つから前記少なくとも１つの列のうちの１つに電流を流すものである、スイッチ・マトリクス。
17. 請求項６記載のスイッチ・マトリクスにおいて、
    １つのダイオード電圧降下のみが、前記少なくとも１つの行コンダクタ各々と前記少なくとも１つの列コンダクタ各々の間にスイッチング可能に接続されるスイッチ・マトリクス。
18. スイッチ・マトリクスであって、
    少なくとも１つの行コンダクタ、及び
    少なくとも１つの列コンダクタを備え、前記少なくとも１つの行コンダクタ及び前記少なくとも１つの列コンダクタの各々を所定の電圧レベルで駆動して電圧レベルで読み取られることができ、
    さらに、
    前記少なくとも１つの行コンダクタを前記少なくとも１つの列コンダクタに接続するように構成された複数のスイッチ・エレメントであって、前記複数のスイッチ・エレメントの総数が前記少なくとも１つの行コンダクタの数と前記少なくとも１つの列コンダクタの数を掛け合わせて得られる数より大きい、複数のスイッチ・エレメント、
    全ての行コンダクタと全ての列コンダクタを接続する第１の電流経路であって、電流を双方向に流すように実装された第１の電流経路、及び
    全ての行コンダクタと列コンダクタを接続する第２の電流経路であって、電流を一方向のみに流すことができるダイオードからなる第２の電流経路
    を備えたスイッチ・マトリックス。
19. スイッチ・マトリックスであって、
    複数の行コンダクタ、及び
    複数の列コンダクタを備え、前記少なくとも１つの行コンダクタ及び前記少なくとも１つの列コンダクタの各々を所定の電圧レベルで駆動して電圧レベルで読み取られることができ、
    さらに、
    前記少なくとも１つの行コンダクタを前記少なくとも１つの列コンダクタに接続するように構成された少なくとも１つの一時的押しボタンを含む複数のスイッチ・エレメント、
    全ての列コンダクタを接続する第１の電流経路であって、電流を双方向に流すように実装された第１の電流経路、及び
    全ての列コンダクタを接続する第２の電流経路であって、電流を一方向のみに流すことができるダイオードからなる第２の電流経路
    を備え、
    前記複数のスイッチ・エレメントの総数が前記複数の行コンダクタの総数と前記複数の列コンダクタの総数の積より大きく、
    前記複数のスイッチング・エレメントの一部が電流を双方向に流すように実装され、他の前記複数のスイッチング・エレメントは電流が一方向にしか流れないように制限される、スイッチ・マトリックス。
20. スイッチ・マトリックスを走査する方法であって、
    全ての行コンダクタと全ての列コンダクタを接続する第１の電流経路における複数のスイッチの少なくとも１つに電流を双方向に流すことを可能とするステップ、
    全ての前記行コンダクタと全ての前記列コンダクタを接続する第２の電流経路内の部品によって、電流が一方向にしか流れないように制限するステップ、
    複数の行コンダクタの少なくとも１つを複数の列コンダクタの少なくとも１つに固定接続するステップ、
    １回に前記複数の行コンダクタの各々を所定の行電圧レベルで駆動するステップ、
    前記複数の行コンダクタの１つが前記所定の行電圧で駆動されている間に、前記複数のスイッチのうち、前記複数の行コンダクタのうちの駆動されるものに対して閉じられたスイッチに対応する所与の電圧降下について、前記複数の列コンダクタの各々をモニターするステップ、
    １回に前記複数の列コンダクタの各々を所定の列電圧レベルで駆動するステップ、及び
    前記複数の列コンダクタの１つが前記所定の列電圧で駆動されている間に、前記複数のスイッチのうち、前記複数の列コンダクタのうちの駆動されるものに対して閉じられたスイッチに対応する所与の電圧降下について、前記複数の行コンダクタの各々をモニターするステップ
    からなり、
    前記複数のスイッチの数が前記固定接続によって、前記複数の行コンダクタの数と前記複数の列コンダクタの数を掛け合わせて得られる合計数を超えて増やされることを特徴とするスイッチ・マトリックスを走査する方法。

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