JP6292116B2 - キー入力装置 - Google Patents

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本発明は、操作キーがマトリクス状に配置されたキー入力装置に関する。
複写機、ファクシミリ装置、複合機等の情報機器には、多数の操作キーを搭載した操作部が用いられている。そして、操作部に搭載された多数の操作キーの押下状態を検出するために、スキャンマトリクス方式のキー入力装置が採用されている(例えば、特許文献1参照)。
スキャンマトリックス方式のキー入力装置は、マトリクス状に組まれた複数のスキャン信号線と複数のキー検出信号線との交点状に操作キーが配置されている。位相の異なるパルスが周期的に現れるスキャン信号によってスキャン信号線を1本1本順次駆動し、その都度それぞれのキー検出信号線から出力されるキー検出信号の出力レベルを判定することによりそれぞれの操作キーの押下状態を判定するように構成されている。
図8には、3本のスキャン信号線11と3本のキー検出信号線12とがマトリクス状に組まれ、9個の操作キーK21〜K29が配置されたキー入力装置が示されている。そして、図9に示すように、位相の異なるパルスが周期的に現れるスキャン信号SCAN_1〜SCAN_3によってスキャン信号線11を1本1本順次駆動し、その都度それぞれのキー検出信号線12から出力されるキー検出信号KEY_1〜KEY_3の出力レベルを判定することで、9個の操作キーK21〜K29の押下状態を判定することができる。なお、図5に示すVccは正電圧の直流電源であり、スキャン信号SCAN_1〜SCAN_3は選択駆動状態においてLowレベルである。従って、キー検出信号KEY_1〜KEY_3は、Lowレベルで押下状態と判定される。
特開2004−63143号公報
従来のスキャンマトリクス方式のキー入力装置では、スキャン信号線11の本数とキー検出信号線12の本数との積が検出できる操作キーの最大個数となり、スキャン信号線11の本数とキー検出信号線12の本数との和が制御信号線の合計本数となる。従って、操作キーのそれぞれに制御信号線を設ける場合に比べ、制御信号線の合計本数を少なくすることできるが、
しかしながら、スキャンマトリクス方式を採用しても、操作キーの個数がさらに多数になると、操作キーの個数に応じて、制御信号線の合計本数も多くなり、制御信号線のさらなる削減が要望されている。
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、従来技術の問題を解決し、操作キーの押下状態の検出に必要な制御信号線の合計本数をさらに削減することができるキー入力装置を提供することにある。
本発明のキー入力装置は、複数の操作キーの押下状態をそれぞれ検出するキー入力装置であって、複数本の第1スキャン信号線と、複数本の第2スキャン信号線と、複数本のキー検出信号線と、位相が互いに異なるパルスが周期的に現れる複数の第1スキャン信号によって複数本の前記第1スキャン信号線を1本1本順次駆動すると共に、位相が互いに異なるパルスが周期的に現れる複数の第2スキャン信号によって複数本の前記第2スキャン信号線を1本1本順次駆動するキー入力制御手段とを具備し、前記操作キーは、複数本の前記第1スキャン信号線のいずれかが接続される第1の端子と、複数本の前記第2スキャン信号線のいずれかが接続される第2の端子と、複数本の前記キー検出信号線のいずれかが接続される第3の端子とを有し、前記第1の端子と前記第2の端子と前記第3の端子との接続を一括してオンオフするスイッチであり、複数の前記操作キーの前記第1の端子と前記第2の端子と前記第3の端子とには、前記第1スキャン信号線と前記第2スキャン信号線と前記キー検出信号線がそれぞれ異なる組み合わせで接続されていることを特徴とする。
さらに、本発明のキー入力装置において、前記操作キーの前記第1の端子と前記第1スキャン信号線とは第1のスイッチ抵抗を介して接続されていると共に、前記操作キーの前記第2の端子と前記第2スキャン信号線とは第2のスイッチ抵抗を介して接続され、前記キー検出信号線には、前記第1のスイッチ抵抗及び前記第2のスイッチ抵抗の抵抗値に比べて高い抵抗値のプルアップ抵抗が直流電源との間に接続されていても良い。
さらに、本発明のキー入力装置において、前記第1のスイッチ抵抗と前記第2のスイッチ抵抗とは同一の抵抗値であっても良い。
さらに、本発明のキー入力装置において、前記第2スキャン信号のパルス幅は、前記第1スキャン信号のパルス幅に対して、1/(第2スキャン信号線の本数)に設定されていても良い。
本発明によれば、第1スキャン信号線の本数と、第2スキャン信号線の本数と、キー検出信号線の本数とを乗算した個数の操作キーの押下状態をそれぞれ検出することができ、操作キーの押下状態の検出に必要な制御信号線の合計本数をさらに削減することができるという効果を奏する。
本発明に係るキー入力装置の実施の形態の構成を示す回路図である。 本発明に係るキー入力装置の実施の形態における操作キーの押下状態検出動作を示すタイミングチャートである。 本発明に係るキー入力装置の実施の形態における操作キーの押下状態検出動作を示す操作キー割り当て表である。 図1に示す操作キーK4が選択駆動状態で押下されている状態の等価回路図である。 図1に示す操作キーK4が選択駆動状態で押下されていない状態の等価回路図である。 図1に示す操作キーK4が選択駆動状態で他の操作キーが押下されている状態の等価回路図である。 図1に示す操作キーK4が選択駆動状態で他の操作キーが押下されている状態の等価回路図である。 従来のキー入力装置の構成を示す回路図である。 図8に示すキー入力装置における操作キーの押下状態検出動作を示すタイミングチャートである。
次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
本実施の形態のキー入力装置1は、図1を参照すると、3本の第1スキャン信号線2と、3本の第2スキャン信号線3と、3本のキー検出信号線4と、27個の操作キーK1〜K27と、第1スキャン信号SCAN_α〜SCAN_γによって第1スキャン信号線2を駆動すると共に、第2スキャン信号SCAN_a〜SCAN_cによって第2スキャン信号線3を駆動し、キー検出信号線4から出力されるキー検出信号KEY_a〜KEY_cの出力レベルを判定することで、27個の操作キーK1〜K27の押下状態を検出する入力制御部5とを備えている。
操作キーK1〜K27は、3本の第1スキャン信号線2のいずれかが接続される第1の端子と、3本の第2スキャン信号線3のいずれかが接続される第2の端子と、3本のキー検出信号線4のいずれかが接続される第3の端子とを有し、押下によって第1の端子と第2の端子と第3の端子とが一括して接続されるノーマリーオープン型のスイッチである。そして、操作キーK1〜K27の各端子には、3本の第1スキャン信号線2と、3本の第2スキャン信号線3と、3本のキー検出信号線4とがそれぞれ異なる組み合わせで接続されている。すなわち、第1スキャン信号線2、第2スキャン信号線3及びキー検出信号線4は、各々3本であり、3*3*3=27通りの異なる組み合わせに対応した27個の操作キーK1〜K27が設けられている。また、第1スキャン信号線2と操作キーK1〜K27の第1の端子とは、スイッチ抵抗R1を介してそれぞれ接続されていると共に、第2スキャン信号線3と操作キーK1〜K27の第2の端子とは、スイッチ抵抗R2を介してそれぞれ接続されている。さらに、キー検出信号線4には、正電圧の直流電源Vccとの間にプルアップ抵抗R3が接続されている。なお、プルアップ抵抗R3の抵抗値は、スイッチ抵抗R1及びスイッチ抵抗R2の抵抗値に比べて十分に高い値に設定されている。
入力制御部5は、3本の第1スキャン信号線2に第1スキャン信号SCAN_α〜SCAN_γをそれぞれ出力する出力ポートと、3本の第2スキャン信号線3に第1スキャン信号SCAN_a〜SCAN_cをそれぞれ出力する出力ポートと、3本のキー検出信号線4からキー検出信号KEY_a〜KEY_cが入力される入力ポートとを備えたマイクロプロセッサである。入力制御部5は、図2に示すように、位相の異なるパルス(パルス幅=3T)が周期的に現れる第1スキャン信号SCAN_α〜SCAN_γによって3本の第1スキャン信号線2を1本1本順次駆動すると共に、位相の異なるパルス(パルス幅=Tが第1スキャン信号SCAN_α〜SCAN_γのパルス幅の1/3)が周期的に現れる第2スキャン信号SCAN_a〜SCAN_cによって3本の第1スキャン信号線2を1本1本順次駆動する。なお、第1スキャン信号SCAN_α〜SCAN_γ及び第2スキャン信号SCAN_a〜SCAN_cは駆動状態においてLowレベルである。図2に示すように、操作キーK1〜K27の内の3個が同じタイミングで、第1スキャン信号SCAN_α〜SCAN_γと、第2スキャン信号SCAN_a〜SCAN_cとのいずれもが駆動された選択駆動状態となり、期間:9Tで全ての操作キーK1〜K27が順次選択駆動状態となる。
そして、入力制御部5は、図2及び図3に示すように、第1スキャン信号SCAN_α〜SCAN_γと、第2スキャン信号SCAN_a〜SCAN_cとのいずれもが駆動され、選択駆動状態の操作キーK1〜K27に接続されたキー検出信号線4から出力されるキー検出信号KEY_a〜KEY_cの出力レベルを判定する。図3は、操作キーK1〜K27の押下状態検出動作を示す操作キー割り当て表である。図3を参照すると、例えば、第1スキャン信号SCAN_αと第2スキャン信号SCAN_aとがのいずれもが駆動状態で、操作キーK1、K2、K3が選択駆動状態となり、入力制御部5は、キー検出信号KEY_a〜KEY_cの出力レベルを判定して、操作キーK1、K2、K3の押下状態がそれぞれ検出する。
図4には、第1スキャン信号SCAN_αと、第2スキャン信号SCAN_bとのいずれもが駆動(Lowレベル)され、選択駆動状態である操作キーK4が押下されている状態の等価回路図が示されている。図4に示す状態では、スイッチ抵抗R1とスイッチ抵抗R2との並列回路の合成抵抗値をR12とし、プルアップ抵抗R3の抵抗値をRとすると、操作キーK4に接続されているキー検出信号線4から出力されるキー検出信号KEY_bの出力レベルは、{R12/(R12+R)}・Vccとなる。ここで、プルアップ抵抗R3の抵抗値R(例えば10kΩ)は、スイッチ抵抗R1の抵抗値R(例えば100Ω)及びスイッチ抵抗R2の抵抗値R(例えば100Ω)に比べて十分に高い値に設定されているため、キー検出信号KEY_bの出力レベルは、Lowレベルとなり、入力制御部5は、操作キーK4の押下状態をオン(ON)であると検出することができる。換言するならば、{R12/(R12+R)}・Vccを入力制御部5がLowレベルとして判定することができるように、スイッチ抵抗R1の抵抗値Rとスイッチ抵抗R2の抵抗値Rとプルアップ抵抗R3の抵抗値Rとが設定されていることになる。
図5には、第1スキャン信号SCAN_αと、第2スキャン信号SCAN_bとのいずれもが駆動(Lowレベル)され、選択駆動状態である操作キーK4が、押下されておらずオフ(OFF)されている状態の等価回路図が示されている。図5に示す状態では、操作キーK4に接続されているキー検出信号線4から出力されるキー検出信号KEY_bの出力レベルは、Vccで、Hiレベルとなり、入力制御部5は、操作キーK4の押下状態をオフであると検出することができる。
図4及び図5に示すように、操作キーK4と同様にキー検出信号KEY_bを出力するキー検出信号線4には、他の操作キーが接続されているが、本実施の形態では、スイッチ抵抗R1とスイッチ抵抗R2とプルアップ抵抗R3とを設けることで、選択駆動状態である操作キーK4以外の他の操作キーの誤検出を防止している。
図6には、第1スキャン信号SCAN_αと、第2スキャン信号SCAN_bとのいずれもが駆動(Lowレベル)され、選択駆動状態である操作キーK4が押下されず、第1スキャン信号SCAN_αのみが駆動状態(Lowレベル)である操作キーK1、K7が押下された状態の等価回路図が示されている。図6に示す状態では、スイッチ抵抗R2とプルアップ抵抗R3との並列回路の合成抵抗値をR23とすると、キー検出信号KEY_bの出力レベルは、{R/(R+R23)}・Vccとなる。ここで、プルアップ抵抗R3の抵抗値R(例えば10kΩ)は、スイッチ抵抗R2の抵抗値R(例えば100Ω)に比べて十分に高い値に設定されているため、キー検出信号KEY_bの出力レベルは、スイッチ抵抗R1とスイッチ抵抗R2との分圧値となり、スイッチ抵抗R1の抵抗値R=スイッチ抵抗R2の抵抗値Rに設定しておくことで、直流電源Vccの中間電位(Middleレベル)となり、入力制御部5は、操作キーK4の押下状態をオフであると検出することができる。
また、図7には、第1スキャン信号SCAN_αと、第2スキャン信号SCAN_bとのいずれもが駆動(Lowレベル)され、選択駆動状態である操作キーK4が押下されず、第2スキャン信号SCAN_bのみが駆動状態(Lowレベル)である操作キーK13、K22が押下された状態の等価回路図が示されている。図7に示す状態では、スイッチ抵抗R1とプルアップ抵抗R3との並列回路の合成抵抗値をR13とすると、キー検出信号KEY_bの出力レベルは、{R/(R+R13)}・Vccとなる。ここで、プルアップ抵抗R3の抵抗値R(例えば10kΩ)は、スイッチ抵抗1の抵抗値R(例えば100Ω)に比べて十分に高い値に設定されているため、キー検出信号KEY_bの出力レベルは、スイッチ抵抗R1とスイッチ抵抗R2との分圧値となり、スイッチ抵抗R1の抵抗値R=スイッチ抵抗R2の抵抗値Rに設定しておくことで、直流電源Vccの中間電位(Middleレベル)となり、入力制御部5は、操作キーK4の押下状態をオフであると検出することができる。
なお、第1スキャン信号SCAN_αと、第2スキャン信号SCAN_bとのいずれもが駆動(Lowレベル)され、選択駆動状態である操作キーK4が押下されず、第1スキャン信号SCAN_β、SCAN_γと第2スキャン信号SCAN_a、SCAN_cとのいずれもが駆動(Lowレベル)されておらず、選択駆動状態にない操作キーK10、K19、K16、K25が押下された場合には、キー検出信号KEY_bの出力レベルは、Vccで、Hiレベルとなり、入力制御部5は、操作キーK4の押下状態をオフであると検出することができる。
なお、本実施の形態では、第1スキャン信号線2、第2スキャン信号線3及びキー検出信号線4は、各々3本であり、3*3*3=27通りの異なる組み合わせに対応した27個の操作キーK1〜K27が設けられている例について説明したが、第1スキャン信号線2、第2スキャン信号線3及びキー検出信号線4のそれぞれの本数には、限定がなく任意の本数に設定することができる。第1スキャン信号線2の本数をl、第2スキャン信号線3の本数をm、キー検出信号線4の本数をnとそれぞれすると、異なる組み合わせはl*m*n通りになり、l*m*n個の操作キーの押下状態を検出することができる。
以上説明したように、本実施の形態においては、複数の操作キーK1〜K27の押下状態をそれぞれ検出するキー入力装置1であって、複数本の第1スキャン信号線2と、複数本の第2スキャン信号線3と、複数本のキー検出信号線4と、位相の異なるパルスが周期的に現れる第1スキャン信号SCAN_α〜SCAN_γによって複数本の第1スキャン信号線2を1本1本順次駆動すると共に、位相の異なるパルスが周期的に現れる第2スキャン信号SCAN_a〜SCAN_cによって複数本の前記第2スキャン信号線4を1本1本順次駆動するキー入力制御部5とを備え、操作キーK1〜K27は、複数本の第1スキャン信号線2のいずれかが接続される第1の端子と、複数本の第2スキャン信号線3のいずれかが接続される第2の端子と、複数本のキー検出信号線4のいずれかが接続される第3の端子とを有し、第1の端子と第2の端子と第3の端子との接続を一括してオンオフするスイッチであり、複数の操作キーK1〜K27の第1の端子と第2の端子と第3の端子とには、第1スキャン信号線2と第2スキャン信号線3とキー検出信号線4がそれぞれ異なる組み合わせで接続されている。
この構成により、第1スキャン信号線2の本数lと、第2スキャン信号線3の本数mと、キー検出信号線4の本数nとを乗算した個数(l*m*n)の操作キーK1〜K27の押下状態をそれぞれ検出することができ、操作キーK1〜K27の押下状態の検出に必要な制御信号線の合計本数をさらに削減することができる。例えば、本実施の形態のように、操作キーK1〜K27が27個の場合には、第1スキャン信号線2、第2スキャン信号線3及びキー検出信号線4は各々3本で、必要な制御信号線の合計本数は9本となるのに対し、従来技術では、最低でも5*6もしくは4*7の11本の制御信号線が必要になってしまう。
さらに、本実施の形態においては、操作キーK1〜K27の第1の端子と第1スキャン信号線2とはスイッチ抵抗R1を介して接続されていると共に、操作キーK1〜K27の第2の端子と第2スキャン信号線3とはスイッチ抵抗R2を介して接続され、キー検出信号線4には、スイッチ抵抗R1及びスイッチ抵抗R2の抵抗値に比べて高い抵抗値のプルアップ抵抗R3が直流電源Vccとの間に接続されている。
この構成により、選択駆動状態である操作キーK1〜K27が押下されず、第1スキャン信号SCAN_α〜SCAN_γもしくは第2スキャン信号SCAN_a〜SCAN_cのいずれかのみが駆動状態(Lowレベル)である操作キーK1〜K27が押下された状態でも、キー検出信号KEY_a〜KEY_cの出力レベルが直流電源Vccの中間電位(Middleレベル)となり、選択駆動状態である操作キーK1〜K27の押下状態をオフであると検出することができるため、選択駆動状態である操作キーK1〜K27以外の他の操作キーK1〜K27の誤検出を防止することができる。
さらに、本実施の形態においては、スイッチ抵抗R1とスイッチ抵抗R2とは同一の抵抗値に設定されている。
この構成により、第1スキャン信号SCAN_α〜SCAN_γもしくは第2スキャン信号SCAN_a〜SCAN_cのいずれかのみが駆動状態(Lowレベル)である操作キーK1〜K27が押下された状態で、第1スキャン信号SCAN_α〜SCAN_γと第2スキャン信号SCAN_a〜SCAN_cとのいずれが駆動状態(Lowレベル)であっても、キー検出信号KEY_a〜KEY_cの出力レベルが同一の中間電位(Middleレベル)となり、操作キーK1〜K27の押下状態の検出を容易に行うことができる。
さらに、本実施の形態においては、第2スキャン信号SCAN_a〜SCAN_cのパルス幅は、第1スキャン信号SCAN_α〜SCAN_γのパルス幅に対して、1/(第2スキャン信号線3の本数)に設定されている。
この構成により、全てのK1〜K27を効率良くスキャンすることができる。
なお、本発明が上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。なお、各図において、同一構成要素には同一符号を付している。
1 キー入力装置
2 第1スキャン信号線
3 第2スキャン信号線
4 キー検出信号線
5 入力制御部
K1〜K27 操作キー
SCAN_α〜SCAN_γ 第1スキャン信号
SCAN_a〜SCAN_c 第2スキャン信号
KEY_a〜KEY_c キー検出信号

Claims (4)

  1. 複数の操作キーの押下状態をそれぞれ検出するキー入力装置であって、
    複数本の第1スキャン信号線と、
    複数本の第2スキャン信号線と、
    複数本のキー検出信号線と、
    位相が互いに異なるパルスが周期的に現れる複数の第1スキャン信号によって複数本の前記第1スキャン信号線を1本1本順次駆動すると共に、位相が互いに異なるパルスが周期的に現れる複数の第2スキャン信号によって複数本の前記第2スキャン信号線を1本1本順次駆動するキー入力制御手段とを具備し、
    前記操作キーは、複数本の前記第1スキャン信号線のいずれかが接続される第1の端子と、複数本の前記第2スキャン信号線のいずれかが接続される第2の端子と、複数本の前記キー検出信号線のいずれかが接続される第3の端子とを有し、前記第1の端子と前記第2の端子と前記第3の端子との接続を一括してオンオフするスイッチであり、複数の前記操作キーの前記第1の端子と前記第2の端子と前記第3の端子とには、前記第1スキャン信号線と前記第2スキャン信号線と前記キー検出信号線がそれぞれ異なる組み合わせで接続されていることを特徴とするキー入力装置。
  2. 前記操作キーの前記第1の端子と前記第1スキャン信号線とは第1のスイッチ抵抗を介して接続されていると共に、前記操作キーの前記第2の端子と前記第2スキャン信号線とは第2のスイッチ抵抗を介して接続され、
    前記キー検出信号線には、前記第1のスイッチ抵抗及び前記第2のスイッチ抵抗の抵抗値に比べて高い抵抗値のプルアップ抵抗が直流電源との間に接続されていることを特徴と
    する請求項1記載のキー入力装置。
  3. 前記第1のスイッチ抵抗と前記第2のスイッチ抵抗とは同一の抵抗値であることを特徴とする請求項2記載のキー入力装置。
  4. 前記第2スキャン信号のパルス幅は、前記第1スキャン信号のパルス幅に対して、1/(第2スキャン信号線の本数)に設定されていることを特徴とする請求項1記載のキー入力装置。
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