JP7023395B2

JP7023395B2 - キーボード装置

Info

Publication number: JP7023395B2
Application number: JP2021022480A
Authority: JP
Inventors: 孝俊佐藤; 雄一豊澤
Original assignee: Topre Corp
Current assignee: Topre Corp
Priority date: 2021-02-16
Filing date: 2021-02-16
Publication date: 2022-02-21
Anticipated expiration: 2036-10-19
Also published as: JP2021082332A

Description

本発明は、キー群の各キーのオン認識位置を可変できるキーボード装置に関する。

従来のキーボード装置において、キー入力時のキー・ストロークは、何れのキーも一定であった。昨今、キーボードのニーズも多様化し、例えばゲーム等を専用に扱うゲーマは、ゲームプレイ中、素早い操作が必要とされ、キーの押下ストロークを短くしたり、キーのオン認識位置（キーの押下の有無を決定する閾値）を通常より上（浅く）にすることを好む。

特許文献１には、キーの押下の有無のオン認識位置を変更できるキースイッチを使った静電容量式キーボードが記載されている。

特開昭６２－１４４２２０号公報

しかしながら、ゲーマは、キー・ストロークの異なるキーボードを、ゲームによって使い分けて使用しなければならないという煩雑性があった。

また、特許文献１では、キーボードの全てのキーについて、キーオン認識位置を一括して変更することしかできず、各キー毎にオン認識位置を変更できなかった。

そこで、本発明の目的は、ユーザが各キー毎にオン認識位置を可変・調整し、一つのキーボードで、多種類のアプリケーションに合わせられる応答性の良いキーボード装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明のキーボード装置は、複数のアナログ入力デバイスのキーからなり、キー番地が付されたキー群と、前記複数のキーの各キー毎に、前記キーの押下の有無を決定するための閾値データを前記キー番地に対応するメモリ番地に書込及び読出可能なメモリと、選択された前記キー番地に対応する前記キーの押下量を検出し、押下量データを出力するキー押下量検出部と、選択された前記キー番地に対応する前記メモリ内のメモリ番地の閾値データを出力する閾値データ出力部と、前記キー押下量検出部からの押下量データと前記閾値データ出力部からの閾値データを比較し、前記キーの押下の有無を判断する押下判断部と、前記複数のキーの全てのキーの閾値データが保存されるフラッシュ・メモリと、閾値を選択する外部のコンピュータと通信を行う通信制御部を備え、前記フラッシュ・メモリは、前記複数のキーの各キー毎に、複数のキーストローク深さからなる閾値データを保持し、前記コンピュータは、前記複数のキーストローク深さの閾値のいずれかを選択し、前記通信制御部は、選択されたキーストローク深さの閾値データを前記フラッシュ・メモリから前記メモリに読み出し、前記キー押下量検出部は、検出されたキーの押下量データを前記押下判断部に出力し、前記閾値データ出力部は、前記選択されたキーストローク深さの閾値データを前記押下判断部に出力し、前記押下判断部は、前記押下量データと前記選択されたキーストローク深さの閾値データを比較し、前記キーの押下の有無を判断することを特徴とする。

本発明のキーボード装置によれば、コンピュータは、複数のキーストローク深さの閾値のいずれかを選択し、通信制御部は、選択されたキーストローク深さの閾値データをフラッシュ・メモリからメモリに読み出し、キー押下量検出部は、検出されたキーの押下量データを押下判断部に出力し、閾値データ出力部は、選択されたキーストローク深さの閾値データを押下判断部に出力し、押下判断部は、押下量データと選択されたキーストローク深さの閾値データを比較し、キーの押下の有無を判断する。即ち、キーの押下の有無を決定する閾値を変えることによりキーのオン認識位置を変更することができる。

従って、ユーザが各キー毎にオン認識位置を可変・調整でき、一つのキーボードで、多種類のアプリケーションに合わせられる応答性の良いキーボード装置を提供できる。

本発明の実施例１のキーボード装置の構成ブロック図である。実施例１のキーボード装置の通常使用時の処理を示すフローチャートである。実施例１のキーボード装置のユーザ閾値選択時の処理を示すフローチャートである。本発明の実施例２のキーボード装置の構成ブロック図である。実施例２のキーボード装置の出荷時、個別設定時の処理を示すフローチャートである。

以下に、本発明のキーボード装置の実施例を図面を参照しながら、詳細に説明する。図１は、本発明の実施例１のキーボード装置の構成ブロック図である。キーボード装置１は、静電容量(アナログ値)の変化によりキーの押下の有無を判断し、キーの押下の有無を決定する閾値を変えることによりキーのオン認識位置を変更するものである。

キーボード装置１は、キー群１０、キー・スキャン検出部１１、フラッシュ・メモリ１２、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１３、キー・スキャン制御部１４、キー容量検出部１５、Ｃ－Ｖ変換部（容量電圧変換部）１６、閾値スキャン部・Ｄ／Ａ変換部１７、押下判断部１８、閾値設定切替部１９、キー・コード変換部２０、通信制御部２１を備えている。

フラッシュ・メモリ１２、ＲＡＭ１３、キー・スキャン制御部１４、閾値スキャン部・Ｄ／Ａ変換部１７、キー・コード変換部２０、通信制御部２１は、中央処理装置（ＣＰＵ）２内に設けられている。

キー群１０は、電気回路的に(ｍ行×ｎ列)個のキーを備え、各キーに対応して各キー番地が付されている。フラッシュ・メモリ１２は、不揮発メモリであり、キー群１０の(ｍ行×ｎ列)個のキーの各キー毎に、キーのオン認識位置のための閾値データ（閾値レベル）を予め保存する。ＲＡＭ１３は、電源起動時にフラッシュ・メモリ１２に記憶された各キーの閾値データを読み出して各キーの閾値データを各キー番地に対応する各メモリ番地に記憶する。

キー・スキャン制御部１４は、キー群１０から該当キー番地を選択し、選択された該当キー番地に対応するメモリ番地内の閾値データをＲＡＭ１３から検出する。キー・スキャン検出部１１は、キー群１０を常時、スキャンして、キー・スキャン制御部１４で選択されたキー番地を検出する。キー容量検出部１５は、キー・スキャン検出部１１で検出されたキー番地のキーの容量を検出する。

Ｃ－Ｖ変換部１６は、キー容量検出部１５で検出されたキーの容量を電圧に変換して押下判断部１８に出力する。閾値スキャン部・Ｄ／Ａ変換部１７は、キー・スキャン制御部１４で選択されたＲＡＭ１３内のメモリ番地からキーのデジタルの閾値を読み出し、デジタルの閾値をアナログの閾値に変換して押下判断部１８に出力する。

押下判断部１８は、Ｃ－Ｖ変換部１６からの電圧が閾値スキャン部・Ｄ／Ａ変換部１７からの閾値以上となった場合にはキー押下有り（キーオン）と判断し、前記電圧が前記閾値未満である場合にはキー押下無し（キーオフ）と判断し、キーの押下有無データを閾値設定切替部１９に出力する。

閾値設定切替部１９は、通常時には、押下判断部１８からのキーの押下有無データをキー・コード変換部２０に出力し、キーボード装置の出荷時、個別設定時には押下判断部１８からのキーオン時の閾値レベルを閾値スキャン部・Ｄ／Ａ変換部１７を介してＲＡＭ１３に書き込む。

キー・コード変換部２０は、閾値設定切替部１９からのキーに対応するキーコードを通信制御部２１に出力する。

キーボード装置１は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）３に接続され、ＰＣ３は、通信制御部３１、閾値制御部３２、ＨＩＤ（Human Interface Device）ドライバ３３を有する。通信制御部３１は、キーボード装置１内の通信制御部２１と通信を行う。閾値制御部３２は、ユーザが閾値を選択した場合に、選択された閾値を通信制御部３１を介してキーボード装置１内の通信制御部２１に出力する。

次に、このように構成された実施例１のキーボード装置の処理を図面を参照しながら説明する。まず、電源起動時、閾値の選択時、閾値の編集変更時の処理を説明する。

電源起動時には、ＣＰＵ２は、フラッシュ・メモリ１２に直前に保存されたキー群１０の各キーのオン認識位置のための閾値データを、ＲＡＭ１３へ読み出す。

また、ユーザが別の閾値データを選択した場合も、ＣＰＵ２は、フラッシュ・メモリ１２に保存された各キーのオン認識位置のための閾値データを、ＲＡＭ１３へ読み出す。閾値データとしては、例えば、キーのストロークを浅くするための小さい閾値、中位のストロークにするための中位の閾値、深いストロークにするための大きい閾値を例示できる。ユーザは、これらの３つの閾値からいずれかを選択する。

ユーザが任意に選択した閾値変更データをＲＡＭ１３内に保存した場合には、ＣＰＵ２は、ＲＡＭ１３内の閾値変更データをフラッシュ・メモリ１２の閾値保存領域（個別）へ書き込む。さらに、ユーザが閾値データを編集している場合には、ＣＰＵ２は、ＲＡＭ１３内のみの閾値データを書換え、保存命令を出すまでフラッシュ・メモリ１２へのデータの書き換えを行わない。

次に、通常使用時の動作を図２に示すフローチャートを参照しながら説明する。ここでは、フラッシュ・メモリ１２の閾値保存領域の閾値データをＲＡＭ１３の閾値編集変更領域へ読み出し、キー番地mjnkのキーコードを出力した場合について説明する。ここでは、フラッシュ・メモリ１２の該当キー番地mjnkの閾値レベルがｍで、ＲＡＭ１３へ出力した例で示す。

まず、キー・スキャン制御部１４は、キー群１０から該当キー番地を選択する（ステップＳ１１）。次に、キー・スキャン制御部１４は、選択された該当キー番地に対応するＲＡＭ１３のメモリ番地内の閾値データを検出する（ステップＳ１２）。

次に、キースキャン検出部１１は、キー群１０をスキャンして、キー・スキャン制御部１４で選択された該当キー番地を検出する（ステップＳ１３）。さらに、キー容量検出部１５は、該当キー番地のキーの容量値を検出する（ステップＳ１４）。Ｃ－Ｖ変換部１６は、キー容量検出部１５で検出された該当キーの容量値を電圧値Ｖ１に変換する（ステップＳ１５）。

さらに、閾値スキャン部・Ｄ／Ａ変換部１７は、キー・スキャン制御部１４で選択されたＲＡＭ１３内のメモリ番地からキーのデジタルの閾値レベルを読み出し（ステップＳ１６）、デジタルの閾値レベルｍを分解能ｙビットで除算し、得られた値に全スパン電圧値Ｖを乗算することにより、アナログ閾値電圧値Ｖ２＝Ｖ・（ｍ／ｙビット）を算出して、押下判断部１８に出力する（ステップＳ１７）。

さらに、押下判断部１８は、該当キーの電圧値Ｖ１と該当キーの閾値電圧値Ｖ２を比較して（ステップＳ１８）、Ｖ１≧Ｖ２である場合には、該当キーのオン信号を出力する（ステップＳ１９）。Ｖ１≧Ｖ２でない場合には、ステップＳ１１の処理へ戻り、ステップＳ１１～Ｓ１８の処理を繰り返し行う。

次に、閾値設定切替部１９は、押下判断部１８からキーのオンオフ出力を入力し、通常使用時には、キー・コード変換部２０へ該当キーのオン信号を通信制御部２１を介してＰＣ３へ出力する。キー・コード変換部２０は、該当キーをコード変換し、キーコードを通信制御部２１を介してＰＣ３へ出力する（ステップＳ２０）。

このように、実施例１のキーボード装置によれば、複数のキーの各キー毎に、キーの押下の有無を決定するための閾値データを設定し、Ｄ／Ａ変換部１７が閾値データをアナログデータに変換し、押下判断部１８がＤ／Ａ変換部１７からのアナログデータとＣ－Ｖ変換部１６からの電圧とを比較しキーの押下の有無を判断する。即ち、キーの押下の有無を判断し、キーの押下の有無を決定する閾値を変えることによりキーのオン認識位置を変更することができる。

従って、ユーザが各キー毎にオン認識位置を可変・調整でき、一つのキーボードで任意のキーに対して浅いストローク、深いストローク設定が実現でき、多種類のアプリケーションに合わせられる応答性の良いキーボード装置を提供できる。

また、キーの閾値レベルを個々のキーに対して、ｙビット（分解能）段階に細分化しているため、全キーを一律に閾値を可変するやり方に比べて、好みのキーのオン認識位置を自由に設定変更でき、ゲーム等のアプリケーションでの微妙なキー操作対応への汎用性が増す。また、全てのキーに対して、個別にキーのオン認識位置を無段階に設定することができる。

また、フラッシュ・メモリ１２に閾値を記憶しているので、電源を切断しても、新たに閾値を更新しない限り閾値は記憶される。また、キー構造が潜在的に持っている機械的、電気的な個体差を吸収し、安定・高精度な製品を提供できる。さらに、静電容量型のキーボードが潜在的に持ち得る静電容量の個体差を柔軟に吸収でき、対応可能となる。

（ユーザ閾値選択時の処理）
次に、図３を参照しながら、ユーザ閾値選択時の処理を説明する。図３では、ユーザがＰＣ３からフラッシュ・メモリ１２の閾値保存領域の設定を選択し、その設定値をＲＡＭ１３の閾値編集変更領域へ読み込み、キー番地mjnkのキー・コードを出力した場合について説明する。ここでは、フラッシュ・メモリ１２の該当キー番地mjnkの閾値レベルがｋで、ＲＡＭ１３へ出力した例で示す。

まず、ＰＣ３の閾値制御部３２でユーザによって選択された閾値は、通信制御部３１を介して通信制御部２１に送られる。この閾値としては、例えば、キーのストロークを浅くするための小さい閾値、中位のストロークにするための中位の閾値、深いストロークにするための大きい閾値を例示できる。ユーザは、これらの３つの閾値からいずれかを選択する。

通信制御部２１は、選択された閾値に基づき、複数のフラッシュ・メモリ１２－１～１２－（ｎ＋１）の中から選択された閾値を有するフラッシュ・メモリ１２を選択する（ステップＳ１１ａ）。次に、通信制御部２１は、選択されたフラッシュ・メモリ１２の全データをＲＡＭ１３に読み出す（ステップＳ１２ａ）。

さらに、閾値スキャン部・Ｄ／Ａ変換部１７は、キー・スキャン制御部１４で選択されたＲＡＭ１３内のメモリ番地からキーのデジタルの閾値レベルを読み出し（ステップＳ１６）、デジタルの閾値レベルｋを分解能ｙビットで除算し、得られた値に全スパン電圧値Ｖを乗算することにより、アナログ閾値電圧値Ｖ２＝Ｖ・（ｋ／ｙビット）を算出して、押下判断部１８に出力する（ステップＳ１７）。

さらに、押下判断部１８は、該当キーの電圧値Ｖ１と該当キーの閾値電圧値Ｖ２を比較して（ステップＳ１８）、Ｖ１≧Ｖ２である場合には、該当キーのオン信号を出力する（ステップＳ１９）。Ｖ１≧Ｖ２でない場合には、ステップＳ１１ａの処理へ戻り、ステップＳ１１ａ～Ｓ１８の処理を繰り返し行う。

次に、閾値設定切替部１９は、押下判断部１８からキーのオンオフ出力を入力し、通常使用時には、キー・コード変換部２０へ該当キーのオン信号を出力する。キー・コード変換部２０は、該当キーをコード変換し、キーコードを通信制御部２１を介してＰＣ３へ出力する（ステップＳ２０）。

これによれば、全キー個別にキー閾値をユーザが選択決定できる。また、全キー個別にキー閾値を複数記憶できる。

図４は、本発明の実施例２のキーボード装置の構成ブロック図である。各々のキーには構造的に個体差があるので、同じ厚みのスペーサを全キーに挿入し、全キーを押下した際に、あるキーは例えば、３レベル、別のキーは２レベルとキー毎にオン認識位置が異なる。このため、実施例２のキーボード装置は、同じ厚みのスペーサを全キーに挿入し、全キーを押下した際のキー毎のオン認識位置に対応した閾値を求めて、キー固体差を吸収するようにしたものである。

この例では、３つの異なる厚さを持つスペーサの各々のスペーサについて、各々の閾値を求める。キーを例えば１．５ｍｍストロークにするための厚いスペーサ、例えばキーを２．２ｍｍストロークにするための中位の厚さのスペーサ、例えばキーを３．０ｍｍストロークにするための薄いスペーサの各スペーサを順番にキーに挿入して閾値を求める。

実施例２のキーボード装置は、図４に示すように、実施例１のキーボード装置に対して、閾値レベル減算部２２を備えている。閾値レベル減算部２２は、スペーサを全キーに挿入して全キーを押下したときに、大きい閾値レベルから小さい閾値まで順番に閾値レベルを減算し、減算された閾値レベルを閾値スキャン部・Ｄ／Ａ変換部１７に出力する。

次に、図５に示すフローチャートを参照しながら、実施例２のキーボード装置の出荷時、個別設定時の処理を説明する。ここでは、該当キー番地の閾値レベルＮがｘで、Ｖ２＝Ｖ１になる過程を示す。

まず、閾値レベルを決定するためのスペーサをキーボードに挿入する（ステップ１１ｂ）。次に、ＲＡＭ１３内の該当キーの閾値レベルＮをＮ＝ｙビットに設定する（ステップ１１ｃ）。

次に、全キーを押下して、全キーを、閾値レベルを決定するためのスペーサに押し付ける（ステップ１２ｂ）。次に、キースキャン検出部１１は、キー群１０をスキャンして、キー・スキャン制御部１４で選択された該当キー番地を検出する（ステップＳ１３）。さらに、キー容量検出部１５は、該当キー番地のキーの容量値を検出する（ステップＳ１４）。Ｃ－Ｖ変換部１６は、キー容量検出部１５で検出された該当キーの容量値を電圧値Ｖ１に変換する（ステップＳ１５）。

さらに、ＲＡＭ１３内の該当キー番地を検出し（ステップＳ１６ａ）、閾値スキャン部・Ｄ／Ａ変換部１７は、ＲＡＭ１３内の該当キー番地の閾値レベルを読み出し（ステップＳ１６ｃ）、閾値レベルＮをＤ／Ａ変換して、アナログ閾値電圧値Ｖ２＝Ｖ・（１／ｙビット）を算出して、アナログ閾値電圧値Ｖ２を押下判断部１８に出力する（ステップＳ１７ａ）。

さらに、押下判断部１８は、該当キーの電圧値Ｖ１と該当キーの閾値電圧値Ｖ２を比較して（ステップＳ１８ａ）、Ｖ１＝Ｖ２でない場合には、閾値レベル減算部２２は、ＲＡＭ１３内のＤ／Ａ値（閾値レベル）を一つ減算する（ステップＳ１６ｂ）。なお、閾値の初期値はＮであり、Ｎ＝Ｎ－１の減算処理を行う。次に、ステップＳ１６ａの処理へ戻り、ステップＳ１６ａ、ステップＳ１６ｃ、ステップＳ１７ａ、ステップＳ１８ａ、ステップＳ１６ｂの処理を繰り返し行う。

即ち、閾値レベル減算部２２は、ＲＡＭ１３内のキーの閾値レベルＮをＮ、Ｎ－１、Ｎ－２、…、ｘ、…３、２、１と、Ｎを１つずつ減算していき、閾値レベルを段階的にスキャンさせ、閾値電圧Ｖ２が電圧Ｖ１の値に一致するまで、Ｖ２＝Ｖ・（ｘ／ｙビット）の演算を繰り返す。

押下判断部１８は、Ｖ１＝Ｖ２となった場合には、閾値設定切替部１９は、電圧Ｖ１と一致した時の閾値電圧Ｖ２における閾値レベルｘをスペーサの閾値レベルとして、ＲＡＭ１３の該当キーアドレスに閾値レベルｘを記憶させる（ステップＳ１９ｂ）。さらに、ＣＰＵ２は、ＲＡＭ１３の閾値レベルｘをフラッシュ・メモリ１２の閾値保存領域叉は閾値保存領域（個別）の該当番地へ保存する（ステップＳ１９ｃ）。

このように実施例２のキーボード装置によれば、同じ厚みのスペーサを全キーに挿入し、全キーを押下した際のキー毎のオン認識位置に対応した閾値を求める。即ち、キー毎に、キー固体差を吸収できる閾値とすることができるので、各々のキーに構造的に個体差があっても、キー固体差を吸収できる。また、全キー個別に単独のスペーサを用いることでキー閾値を単独に変更することもできる。

なお、実施例１，２では任意のキーのキーオン認識位置を、任意の位置に変更が可能な静電容量式のキーボード装置を説明したが、本発明は、必ずしも静電容量式のキーボード装置である必要はなく、例えば、アナログ式の入力デバイスであって、閾値を設定してキーの押下の有無（オン/オフ）を出力可能なキーボード装置であれば良い。

１キーボード装置
２ＣＰＵ
３パーソナルコンピュータ（ＰＣ）
１０キー群
１１キー・スキャン検出部
１２フラッシュ・メモリ
１３ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）
１４キー・スキャン制御部
１５キー容量検出部
１６Ｃ－Ｖ変換部
１７閾値スキャン部・Ｄ／Ａ変換部
１８押下判断部
１９閾値設定切替部
２０キー・コード変換部
２１，３１通信制御部
２２閾値レベル減算部
３２閾値制御部

Claims

複数のアナログ入力デバイスのキーからなり、キー番地が付されたキー群と、
前記複数のキーの各キー毎に、前記キーの押下の有無を決定するための閾値データを前記キー番地に対応するメモリ番地に書込及び読出可能なメモリと、
選択された前記キー番地に対応する前記キーの押下量を検出し、押下量データを出力するキー押下量検出部と、
選択された前記キー番地に対応する前記メモリ内のメモリ番地の閾値データを出力する閾値データ出力部と、
前記キー押下量検出部からの押下量データと前記閾値データ出力部からの閾値データを比較し、前記キーの押下の有無を判断する押下判断部と、
前記複数のキーの全てのキーの閾値データが保存されるフラッシュ・メモリと、
閾値を選択する外部のコンピュータと通信を行う通信制御部を備え、
前記フラッシュ・メモリは、前記複数のキーの各キー毎に、複数のキーストローク深さからなる閾値データを保持し、
前記コンピュータは、前記複数のキーストローク深さの閾値のいずれかを選択し、前記通信制御部は、選択されたキーストローク深さの閾値データを前記フラッシュ・メモリから前記メモリに読み出し、
前記キー押下量検出部は、検出されたキーの押下量データを前記押下判断部に出力し、
前記閾値データ出力部は、前記選択されたキーストローク深さの閾値データを前記押下判断部に出力し、
前記押下判断部は、前記押下量データと前記選択されたキーストローク深さの閾値データを比較し、前記キーの押下の有無を判断すること、
を特徴とするキーボード装置。
前記複数のキーストローク深さは、前記キー群のキーのストロークが、浅い閾値、中位の閾値、深い閾値であること、
を特徴とする請求項１記載のキーボード装置。