JPH0556690B2 - - Google Patents

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JPH0556690B2
JPH0556690B2 JP60289505A JP28950585A JPH0556690B2 JP H0556690 B2 JPH0556690 B2 JP H0556690B2 JP 60289505 A JP60289505 A JP 60289505A JP 28950585 A JP28950585 A JP 28950585A JP H0556690 B2 JPH0556690 B2 JP H0556690B2
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JP
Japan
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key
row
node
pulse
capacitors
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JP60289505A
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Ganesan Aparajan
Aren Uiizu Uein
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AT&T Corp
Original Assignee
American Telephone and Telegraph Co Inc
AT&T Corp
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Publication date
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Publication of JPH0556690B2 publication Critical patent/JPH0556690B2/ja
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    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/02—Input arrangements using manually operated switches, e.g. using keyboards or dials
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/965—Switches controlled by moving an element forming part of the switch
    • H03K17/975—Switches controlled by moving an element forming part of the switch using a capacitive movable element
    • H03K17/98—Switches controlled by moving an element forming part of the switch using a capacitive movable element having a plurality of control members, e.g. keyboard
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    • H03K17/962—Capacitive touch switches
    • H03K17/9622—Capacitive touch switches using a plurality of detectors, e.g. keyboard
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、スイツチング状態を検出し照合する
ための容量性キーパツドのキーの走査に関する。 キーボードは計算機、タイプライター、コンピ
ユータ端末等も含む各種のタイプのユーザ イン
タフエース装置に必須である。最も単純な形式の
電子キーボードはユーザによつて動作される物理
的動作を電子信号に変換するためのアレイのスイ
ツチから成る。このスイツチは各種の形式を持
つ。メーク ブイーク機械コンタクト スイツチ
は機械的な摩損及び汚れによつて劣化し、これに
加えて、“接点のはね返り”を起こす傾向を持つ。
これら問題を解決する目的から容量性スイツチの
開発が行なわれている。これらは、キーを押すこ
とによつて移動する１つのプレートを持つコンデ
ンサを含み、結果としてのキヤパシタンス値の変
動によつてキーが押されたことが検出される。キ
ヤパシタンス値を検出するための最も一般的な方
法は電流源によつてコンデンサを基準電圧に充電
する方法である。この充電のために必要な時間が
キヤパシタンス値がある基準値と比較して高いか
低かを決定するのに使用される。例えば、この基
準値には類似の電流によつて充電される基準コン
デンサが使用される。容量性キーボードのキーへ
の個々のリードの数はキー走査技術を使用するこ
とによつて減少することができる。これはキーが
閉じられたことを全ての行及び列のキーのキヤパ
シタンス値を検出してそれらの共通交点の所の閉
じられたキーを同定する動作を含む。幾つかの容
量性キーボード及びこれらのための走査技術の例
が以下において挙げられている。 合衆国特許第4211915号、1980年７月８日付け
にてD.E.ミラー（D.E.Miller）らに公布。 合衆国特許第4305135号、1981年12月８日付け
にてJ.P.ドール（J.P.Dahl）らに公布。 合衆国特許第4405917号、1983年９月20日付け
にてT.Y.チエイ（T.Y.Chai）らに公布。 合衆国特許第4414538号、1983年11月８日付け
にてスキニズレイン（Schnizlein）に公布。 ジヨンW.ボルプ（John W.Volpe）による論文
〔容量性スイツチング キーボードのためのマト
リツクス走査論理（Matrix Scannig Logic for
ａ Capacitive Switching Keyboard）〕、コン
ピユータ デザイン（Computer Desing）
（USA）vol.1、84−88ページ、1973年。 E.G.グラブトリー（E.G.Crabree）らによる論
文〔容量性キーボードFETセンス回路
（Capacitive Keyboard FET Sense Circuit）〕、
IBMテクニカル デスクロージヤー ブリテン
（IBM Technical Disclosuru Bulletin）、
vol.24、No.５、1981年10月号。 商業的に特に興味深い１つのタイプの容量性キ
ーボードは膜あるいはメンブラン キーパツドで
あるが、これは個々のキー領域と関連する穿穴を
持つ絶縁メンブランによつて分離された印刷配線
回路パターンを持つ２つのメンブランの薄層構造
から成る。このメンブランの回路パターンはこの
穿穴と整合する互いに向い合うキヤパシタンス
プレートを含む。回路パターン メンブランの１
つを穿穴の中に押すと、この向い合うプレートの
キヤパシタンスが増加する。 メンブラン キーパツドを製造するに当つての
１つの問題は穿穴を持つ絶縁メンブランの厚さあ
るいは向い合うキヤパシタンス プレート間に存
在する他の絶縁層の厚さの差異によつてキーパツ
ドとキーパツドの間でキヤパシタンス値に大きな
差が発生することである。結果として、個々のキ
ーパツドに対してキーが閉じたことを検出するた
めに使用される基準値を個別に調節することが必
要となる。これは製品の製造コストを大きく増加
する結果となる。 本発明による新規の方法及び装置においては、
容量性キーボードが任意のキーのキヤパシタンス
が同じキーボードの１つあるいは複数の他のキヤ
パシタンスと比較されるような方法にて走査され
る。キーが閉じていることの確認は基準値によつ
てではなく相対キヤパシタンス値によつて決定さ
れる。相対キヤパシタンス値は、製造上の差異、
例えば、メンブラン、キーパツドの絶縁層の厚さ
などの差異とは無関係にキーボード間で実質的に
同一である。このため個々のキーボードの基準値
をキーボード間のキヤパシタンスの差異に対して
修正する必要がなくなる。 第１図のキーパツド１０の回路は本発明による
キーを閉じるプロセスの本質を図解する。キーパ
ツド１０には２つのキーのみが存在する。これは
キヤパシタンスＣ１及びＣ２によつて同定され
る。キーＣ１は演算増幅器１４の反転入力ポート
１２と他方の側が大地電位に接続された走査パル
ス発生器１６との間に接続される。キーＣ２はこ
の反転入力ポート１２と増幅器１４の出力ポート
２２の間のゼロイング スイツチＳ０の間で並列
に接続される。電圧基準源１８が大地電位と増幅
器１４の非反転入力ポート２０の間で接続され
る。キーパツド１０はコンフイギヤーされると、
キーＣ１がパルス発生器１６からのパルスによつ
て走査される。増幅器１４の出力ポート２２の所
に出現する出力パルスはパルス発生器１６からの
パルスの逆数に比C1／C2を掛けた規模を持つ。
従つて、電圧基準源１８からの基準電圧の大きさ
はこの値の大きな要因とはならないことがわか
る。発生器からの走査パルスの大きさを通常に発
生するパワーの変動に容易に影響されないように
することができる。従つて、増幅器１４の出力は
キーのキヤパシタンス比を与えるが、これがキー
Ｃ１が閉じているか否かを決定するために基準値
と比較される。この比較のための基準値は異なる
キヤパシタンスの値を持つキーパツドに対して同
一とされる。キヤパシタンスＣ１とＣ２の両方が
同程度に変動されるかぎり、C1／C2の比は変動
しない。次に、キーＣ２の走査を行なう場合に
は、Ｃ２のキヤパシタンスをＣ１のキヤパシタン
スと比較するためにＣ１とＣ２の接続が交換され
るようキーパツド１０がリコンフイギヤーされ
る。このリコンフイギユレーシヨンは適当なスイ
ツチ及び制御装置を提供することによつて簡単に
達成できる。 第２図のキーパツド２４の回路は本発明による
キーパツドの走査プロセスをより詳細に図解す
る。キーパツド２４のキーはそれらの関連するキ
ヤパシタンスによつて同定される。これらは
“Ｃ”に続く２桁の数字の参照番号を持つ。第１
の数字はキーが置かれている行を示す、そして第
２の数字はキーが置かれている例を示す。特定の
列内の全てのコンデンサの一端は、対応する列と
関連するセツトのトグル スイツチSC１−SC４
の対応する１つの動作によつて選択的に規模
Vref1の呼掛けパルス源、あるいは比較器２８の
非反転入力２６に接続される。特定の行内の全て
のコンデンサの他端は対応する行と関連するセツ
トのトグル スイツチSR１−SR４の対応する１
つの動作によつて選択的に演算増幅器３２の反転
入力ポート３０、あるいは正の供給電圧VDDに
接続される。増幅器３２の非反転入力ポート３４
は第２の基準電圧Vref2に接続される。増幅器３
２の出力ポート３６は比較器２８の非反転入力ポ
ート２６に接続される。比較器２８の反転入力ポ
ート３８は第３の基準電圧Vref3に接続される。
ゼロイング スイツチＳ０が反転入力ポート３０
と増幅器３２の出力ポート３６の間に接続され
る。 スイツチSc１−Sc４、SR１−SR４、及びＳ０
はコントローラ４０によつて動作される。これら
は特定の回路に最も適する形式を取ることができ
る。例えば、MOS回路に対しては、スイツチは
好ましくは伝送ゲートの形式とされる。特定のス
イツチの機能に適する方法にてスイツチを動作す
るためのコントローラは当技術において周知であ
る。 コントローラ４０は、典型的には、関連するメ
モリに記憶された命令に従つて動作するマイクロ
プロセツサからなる。第２図には示されてはいな
いが、コントローラは、比較器２８からの出力４
２のようなキーパツド回路からの種々の信号に応
動する。この独特の信号、HLはスイツチの解放
及び閉塞の順序を変更するために用いられる。 キーパツド２４の動作において、各々の行の１
つのコンデンサがそれと同一の行の残りの全ての
コンデンサと比較される。第２図のキーパツド２
４がコンフイギヤーされると、Ｃ４１の値がコン
デンサＣ４２，Ｃ４３，Ｃ４４の合計と比較され
る。最初に増幅器３２の反転入力ポート３０を出
力ポート３６と同一電圧にするためにゼロイング
スイツチＳ０が閉じられる。次にゼロイング
スイツチＳ０が開かれ、基準電圧VDD以下の大
きさVref1のパルスが第１の列の全てのコンデン
サの一端に加えられる。この時点において、残り
の列のコンデンサの一端が比較器２８の非反転入
力ポート２６に接続される。また同時に、第４行
目のコンデンサの他端が増幅器３２の反転入力ポ
ート３０に接続され、一方、全ての他の行のコン
デンサの他端が正の供給電圧VDDに接続される。
増幅器３２のループ利得は全ての他の行のコンデ
ンサの他端からのキヤパシタンスの合計がその出
力に悪影響を与えることを防ぐのに十分な高さで
あると仮定してよい。増幅器の出力はVref2以上
の大きさVxのパルスであるが、これはVref2−
Vref1〔C41／（C42＋C43＋C44）〕と表わすこと
ができる。出力Vxが比較器２８によつてキー閉
状態いき値基準電圧Vref３と比較され、結果が
比較器２８の出力ポート４２の所の出力HLにて
与えられる。 次に走査するキーがＣ４２であるときは、次に
スイツチSc１及びSc２がそのもう一方の位置に
切り替えられ、このパルシング プロセスが反復
される。この方法にて全キーパツド２４を走査す
ることによつて、閉じた状態を判定する変数パラ
メータが基準電圧レベルに依存しないためキーの
キヤパシタンス値の大きな差異と無関係に基準電
圧Vref3との比較によつて個々のキーの状態を正
確に判定及び検証することができる。 キーパツド２４内において目的のキーＣ４１は
その行内の他の残りのキーと比較されるが、比較
が個々のキーについて単一の走査パルスでのみ行
なわれるときは、これをそのキーパツド上の他の
任意の１つあるいは複数のキーと比較することも
できる。走査プロセスに対して要求されるスイツ
チングの量を最小限にするためにはその行の他の
キーと比較するのが有利である。 キーパツド２４を走査するための特に好ましい
論理シーケンスは、閉じた位置であると検出され
たキーをそれが再び開いた位置であると検出され
るまで継続的に走査する方法である。ノイズある
いはキーのはね返りみ起因するエラーの影響はキ
ーの位置が閉じているかあるいは開いているかを
複数回連続して検出した後にこれらの状態を決定
することによつて減少することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の１つの実施態様に従がう２つ
のキーのみを持つ非常に簡略化された容量性キー
パツド構成の略回路図であり、そして第２図は本
発明のもう１つの実施態様に従がう複数の行及び
列の交差接続キーを持つ容量性キーパツド構成及
び閉じられていることを確認するためのプロセス
と関連する回路を示す略回路図である。 主要部分の符号の説明、キーパツド……１０，
２４、スイツチコントローラ……４０。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の行及び列からなる容量性キーボードの
    キーコンデンサのスイツチ状態を判別するための
    方法において、 １つの行の１つのキーコンデンサの一端に呼掛
    けパルスを印加し、 該１つのキーコンデンサの他端における応答パ
    ルスを該１つの行の他のキーコンデンサの他端に
    印加して、該１つのキーコンデンサの容量と該他
    のキーコンデンサの容量との比に比例する結合パ
    ルスを得て、そして 該結合パルスと基準閾値を比較して該１つのキ
    ーが閉じているか否かを示す高／低出力を生成す
    る段階からなることを特徴とする方法。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の方法におい
    て、 該呼掛けパルスが、該１つの行内の該他のキー
    コンデンサの全てに加えられることを特徴とする
    方法。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載の方法におい
    て、更に、 該１つの行内の該１つのキーの検出によつて得
    られる該結合パルスを他の行及び列の検出によつ
    て得られる該結合パルスと比較する追加のステツ
    プが含まれることを特徴とする方法。 ４ 特許請求の範囲第３項に記載の方法におい
    て、 該追加のステツプは、該１つの行の該１つのキ
    ーの該検出によつて得られる該高低出力を他の行
    内の全てのキーの検出によつて得られる高低出力
    と比較することを含むことを特徴とする方法。 ５ 特許請求の範囲第４項に記載の方法におい
    て、 該他の行が該１つの行と隣接することを特徴と
    する方法。 ６ 特許請求の範囲第５項に記載の方法におい
    て、 該キーが閉じられていることを判別するために
    該１つのキーが少なくとも３回連続して走査され
    ることを特徴とする方法。 ７ 特許請求の範囲第６項に記載の方法におい
    て、 該キーが開かれた状態に戻つたことを判別する
    ために該１つにキーが少なくとも３回連続して走
    査されることを特徴とする方法。 ８ 特許請求の範囲第７項に記載の方法におい
    て、 該追加のステツプにおける該比較が全ての行及
    び列内の全てのキーの検出の結果として格納され
    る高低出力と比較することによつて遂行されるこ
    とを特徴とする方法。 ９ 複数の行及び列からなる複数のキーコンデン
    サと、該キーコンデンサのスイツチ状態を示す
    高／低出力を発生するために該コンデンサを電子
    的に走査する走査手段とを含む容量性キーボード
    において、 該走査手段は、 第１及び第２の入力節点と出力節点とを有する
    演算増幅器であつて、該第１の入力節点が第１の
    基準電位節点に接続されている演算増幅器３２、 第１及び第２の入力節点と出力節点とを有し、
    該第１の入力節点が該演算増幅器の該出力節点に
    接続され、該第２の入力節点が第２の基準電位節
    点に接続されている比較器２８、 任意の列のコンデンサの一端を呼掛けパルス源
    節点又は該比較器の該第１の入力節点へ選択的に
    接続する第１のスイツチング手段SC1−SC4、 任意の行のコンデンサの他端を該演算増幅器の
    該第２の入力節点又は供給電圧節点へ選択的に接
    続する第２のスイツチング手段SR1−SR4、 該演算増幅器の第２の入力節点を該増幅器の該
    出力節点と周期的に接続するための第３のスイツ
    チング手段S0、及び 該第１及び第２のスイツチング手段を動作させ
    るための該比較器の該出力節点に接続された入力
    節点を有する制御手段４０からなることを特徴と
    する装置。 １０ 特許請求の範囲第９項に記載の装置におい
    て、 該コンデンサが交差接続されていることを特徴
    とする装置。 １１ 特許請求の範囲第１０項に記載の装置にお
    いて、 該第１のスイツチング手段SC1−SC4は、任意の
    列内の全てのコンデンサの一端を該呼掛けパルス
    源節点Vref1又は該比較器の該第１の入力節点２
    ６へ選択的に接続し、 該第２のスイツチング手段SR1−SR4は、任意の
    行内の全てのコンデンサの他端を該演算増幅器３
    ２の該第２の入力節点３０又は該供給電圧節点
    VDDへ選択的に接続することを特徴とする装置。
JP60289505A 1984-12-24 1985-12-24 容量性キ−ボ−ド走査の方法及び装置 Granted JPS61203716A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US685856 1984-12-24
US06/685,856 US4651133A (en) 1984-12-24 1984-12-24 Method and apparatus for capacitive keyboard scanning

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS61203716A JPS61203716A (ja) 1986-09-09
JPH0556690B2 true JPH0556690B2 (ja) 1993-08-20

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ID=24753958

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP60289505A Granted JPS61203716A (ja) 1984-12-24 1985-12-24 容量性キ−ボ−ド走査の方法及び装置

Country Status (6)

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US (1) US4651133A (ja)
EP (1) EP0187021A3 (ja)
JP (1) JPS61203716A (ja)
KR (1) KR940001107B1 (ja)
CA (1) CA1243376A (ja)
ES (1) ES8705639A1 (ja)

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