WO2016104102A1

WO2016104102A1 - 静電容量式キーボード

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Publication number: WO2016104102A1
Application number: PCT/JP2015/084082
Authority: WO
Inventors: 重樹峯崎
Original assignee: 東プレ株式会社
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2016-06-30
Also published as: TW201624204A; JP2016127337A; CN107533379A; US9979392B2; JP6420661B2; CN107533379B; US20170346488A1; TWI673629B

Abstract

　押下されたキー及びその押下量を高精度に検出することが可能な静電容量式キーボードを提供する。　各ドライブラインＭの電圧を択一的にＬレベルからＨレベルに切り替えるドライブ回路１１と、各センシングラインＮに接続され、各センシングラインＮから唯一のセンシングラインを選択し、選択したセンシングラインに生じる電圧を検出するセンシング回路１２、及び制御回路１５を備える。制御回路１５は、各キーに対応した記憶領域を含む記憶部４４と、各センシングラインに生じる電圧を取得し、取得した電圧を各キーに対応する記憶領域に記憶する記憶制御部４２と、‐のキーが操作された際に、他のキーに対応する記憶領域に記憶された電圧を用いて、‐のキーの操作に起因して生じる電圧を補正する補正処理部４３を備える。こうすることにより、複数のキーが同時に押下された場合でも、高精度な検出が可能となる。

Description

静電容量式キーボード

　本発明は、マトリクス状に配置された複数の静電容量式キーを有する静電容量式キーボードに関する。

　パソコン等で用いられるキーボードとして、複数の静電容量式のキーを備えた静電容量式キーボードが提案され、実用化されている。静電容量式キーボードは、複数のドライブライン、及び、各ドライブラインと交差する複数のセンシングラインを備え、各ドライブラインと各センシングラインとの交差点にそれぞれ静電容量式のキーが配置されている。そして、複数のキーのうちのいずれかが押下されると、該キーに存在する一対の電極間の静電容量が増加するので、ドライブラインから、押下されたキーを経由してセンシングラインに電流が流れる。この電流を検出することにより、押下されたキーを認識することができる（例えば、特許文献１参照）。
　以下、図１０、図１１を参照して、従来の静電容量式キーボードについて説明する。図１０は、従来の静電容量式キーボードの配置構成を示す説明図、図１１は、従来の静電容量式キーボードの等価回路図である。図１０に示すように、従来の静電容量式キーボードは、複数のドライブラインＭ（Ｍ−１，Ｍ−２，Ｍ−３・・・）と、複数のセンシングラインＮ（Ｎ−１，Ｎ−２，Ｎ−３・・・）が互いに直交して配置されている。各ドライブラインＭは、ドライブ回路１０１に接続され、各センシングラインＮは、センシング回路１０２に接続されている。
　各ドライブラインＭと各センシングラインＮとの交差点にはそれぞれキー１０３（１０３ａ、１０３ｂ等）が配置されている。そして、キー１０３を押下することにより、この交差点におけるドライブラインＭとセンシングラインＮの間の静電容量を変化させることができる。具体的には、キー１０３が押下されると静電容量が増加する。従って、図ではキーを可変容量コンデンサの記号で示している。
　ドライブ回路１０１は、各ドライブラインＭに対して択一的に一定時間だけＨレベルの電圧を印加する。従って、例えば、図１０に示すキー１０３ａが押下されると、ドライブラインＭ−４がＨレベルとされた際に、ドライブラインＭ−４からセンシングラインＮ−５を経由してセンシング回路１０２に電流が流れる。即ち、図１０の矢印Ｙ０、Ｙ１の経路で電流が流れる。従って、センシング回路１０２は、ドライブ回路１０１にてドライブラインＭ−４がＨレベルとされているときに、センシングラインＮ−５にて電圧が検出されたことに基づいて、キー１０３ａが押下されたことを検出することができる。
　しかしながら、誤操作や意図的に複数のキーを押下する等に起因して、キー１０３ａ以外のキーが押下されている場合には、センシング回路１０２にて正確な電圧を検出できなくなる場合が発生する。例えば、キー１０３ａが押下されているときに、キー１０３ｂが同時に押下された場合には、ドライブラインＭ−４に流れる電流は、センシングラインＮ−５を経由してセンシング回路１０２に供給されると共に、ドライブラインＭ−６を経由してグランドに流れる。即ち、図１０の矢印Ｙ２に示す経路を通じて電流が流れてしまう。
　これを図１１に示す等価回路を参照して説明すると、キー１０３ａのみが押下されている場合には、コンデンサＣ１０１を流れる電流は、抵抗Ｒ２を経由してグランドに流れることになり、抵抗Ｒ２の接続点Ｐ１の電圧を測定することにより、キー１０３ａが押下されたことを検出できる。この際、同時にキー１０３ｂが押下され、コンデンサＣ１０２に電流が流れると、センシング回路１０２で検出される電圧が正常時の電圧に対して相対的に低下するので、キーの押下の有無を判断する閾値に電圧が達せず不検出となる可能性がある。３ヶ所以上同時に押下されていると、更にその可能性は増大する。
　ところで、昨今においては、キーの押下の有無のみならず、キーの押下量（キーが押下されたときのストローク）を検出する機能を備えるキーボードの提案が望まれている。しかも、同時に多数のキーを押下することにより、多様な入力が可能な機能も、キーボードに望まれている。しかし、特許文献１に開示された技術では、キーの押下の有無を検出することができるものの、キーの押下量を検出することは難しい。また、同時に複数のキーを押下した場合、各キーの押下量を高精度に検出できないという問題が発生する。

特開昭６２−１４４２２３号公報

　上述したように、従来における静電容量式キーボードでは、キーが押下された際にその有無を検出することができるものの、その押下量を検出することができず、何とかキーの押下量を高精度に検出したいという要望が高まっていた。
　本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、押下されたキー、及びその押下量を高精度に検出することが可能な静電容量式キーボードを提供することにある。
　更に、その押下されたキーが複数であっても、全ての押下量を同時に検出することが可能な静電容量式キーボードを提供することにある。

　上記目的を達成するため、本願発明は、複数のドライブライン、及び前記ドライブラインと交差する複数のセンシングラインを有するキーボードであって、前記各ドライブラインと各センシングラインとの交差点に設けられ、操作子と、前記ドライブライン及び前記センシングラインに接続された一対の電極を備え前記操作子の押下量に応じて各電極間の静電容量が変化する電極部と、を有するキーと、前記各ドライブラインに接続され、各ドライブラインの電圧を択一的にローレベルからハイレベルに切り替えるドライブ回路と、前記各センシングラインに接続され、各センシングラインから唯一のセンシングラインを選択し、選択したセンシングラインに生じる電圧を検出するセンシング回路と、操作されたキー、及びその操作量を検出する制御回路と、を備え、前記制御回路は、前記各キーに対応した記憶領域を含む記憶部と、前記センシング回路により選択されたセンシングラインに生じる電圧を取得し、取得した電圧を、前記ハイレベルとされたドライブラインと、前記選択されたセンシングラインとの交差点に設けられたキーに対応する電圧として前記記憶領域に記憶する記憶制御部と、一のキーが操作された際に、他のキーに対応する記憶領域に記憶された電圧を用いて、前記一のキーの操作に起因して生じる電圧を補正する補正処理部と、を備えたことを特徴とする。

　本発明に係る静電容量式キーボードでは、操作者により一のキーが押下された場合には、この一のキーの押下量に応じた電圧がセンシングラインに発生し、この電圧がセンシング回路にて検出される。そして、検出された電圧は、記憶部に設定された一のキーに対応する記憶領域内に記憶される。更に、他のキーについても、センシング回路で検出された電圧が、それぞれに対応する記憶領域内に記憶される。そして、一のキーに対応する電圧が検出された場合には、この検出電圧を、他のキーに対応する記憶領域内に記憶されている電圧で補正する。従って、押下されたキー、及びその押下量を高精度に検出することが可能となる。また、押下されたキーが複数である場合でも、全ての押下量を同時に検出することが可能となる。

　図１は、本発明の実施形態に係る静電容量式キーボードの回路図である。
　図２は、本発明の実施形態に係る静電容量式キーボードで用いられるキーの詳細な構成を示す分解斜視図である。
　図３は、本発明の実施形態に係る静電容量式キーボードで用いられるキーの、２つの電極とコイルスプリングの関係を模式的に示す説明図である。
　図４は、本発明の実施形態に係る静電容量式キーボードの、ドライブ回路、センシング回路、及び制御回路の詳細な構成を示すブロック図である。
　図５は、本発明の実施形態に係る静電容量式キーボードの、キーＫｙ−４５が押下されたときの電流の流れを示す説明図である。
　図６は、本発明の実施形態に係る静電容量式キーボードの、キーＫｙ−４５が押下されたときの電流の流れを示す等価回路図である。
　図７は、本発明の実施形態に係る静電容量式キーボードの、唯一のキーが押下された場合と同時に２つのキーが押下された場合の、ピーク電圧の変化を示す波形図である。
　図８は、本発明の実施形態に係る静電容量式キーボードの、処理手順を示すフローチャートである。
　図９は、本発明の実施形態に係る静電容量式キーボードの、所望のキーの押下量が小さいとき、及び押下量が大きいときの各信号の変化を示すタイミングチャートである。
　図１０は、従来における静電容量式キーボードの回路図である。
　図１１は、従来における静電容量式キーボードの等価回路図である。

　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る静電容量式キーボード装置の構成を模式的に示す説明図である。図１に示すように、本実施形態に係る静電容量式キーボード１０は、複数（例えば、個数ｉ）のドライブラインＭ（Ｍ−１，Ｍ−２，Ｍ−３，・・，Ｍ−ｉ）と、複数（例えば、個数ｊ）のセンシングラインＮ（Ｎ−１，Ｎ−２，Ｎ−３，・・，Ｎ−ｊ）が互いに直交（交差）して配置されている。なお、以下では、ドライブラインを特定せずに示す場合には、符号「Ｍ」を付して示し、個々のドライブラインを特定して示す場合には「Ｍ−１」のようにサフィックスを付して示すことにする。センシングラインについても同様に、個々を特定せずに示す場合には、符号「Ｎ」を付し、個々を特定して示す場合には「Ｎ−１」のようにサフィックスを付する。
　図１に示すように各ドライブラインＭは、ドライブ回路１１に接続され、各センシングラインＮは、センシング回路１２に接続されている。ドライブ回路１１、及びセンシング回路１２は、制御回路１５に接続されており、該制御回路１５の制御によりドライブ回路１１及びセンシング回路１２の駆動が制御される。
　各ドライブラインＭと各センシングラインＮは、それぞれの交差点においてキーＫｙにより接続されており、通常時（キーＫｙが押下されていないとき）には双方のラインＭ，Ｎは互いの交差点にて電気的に導通していない。そして、後述するように、キーＫｙは可変容量コンデンサを備えているので、図ではキーＫｙを可変容量コンデンサの記号にて示している。
　キーＫｙは、図２に示すように、一対の電極Ｑ１、Ｑ２（電極部）を有する基板２１、及びハウジング２２を備えており、基板２１とハウジング２２との間には、円錐形状のコイルスプリング２３と、柔軟性を有するラバー２４、及びプランジャ２５が設けられている。なお、電極Ｑ１、Ｑ２とコイルスプリング２３は、図示しない絶縁層にて電気的に絶縁されているので、コンデンサを構成する。更に、ハウジング２２の上方にキートップ２６（操作子）が設けられており、操作者がこのキートップ２６を押下することにより、コイルスプリング２３が付勢されて、電極Ｑ１、Ｑ２間の静電容量が変化する。即ち、キーＫｙは、キートップ２６を押下する際の押下量に応じて電極Ｑ１、Ｑ２間の静電容量が増大するように構成されている。
　なお、以下では、複数のキーＫｙを特定しない場合には符号「Ｋｙ」を付して示し、個々を特定する場合には、交差点となるドライブラインＭの番号とセンシングラインＮの番号を付して示すことにする。例えば、ドライブラインＭ−４とセンシングラインＮ−５との交差点に設けられるキーは符号「Ｋｙ−４５」で示す。
　そして、上述したキーＫｙに設けられる２つの電極Ｑ１、Ｑ２のうちの、一方の電極Ｑ１がドライブラインＭに接続され、他方の電極Ｑ２がセンシングラインＮに接続されている。具体的には、図３の模式図に示すように、電極Ｑ１と電極Ｑ２が一定の距離をもって対向配置されており、電極Ｑ１はドライブラインＭに接続され、電極Ｑ２はセンシングラインＮに接続されている。そして、２つの電極Ｑ１、Ｑ２間に設けられるコイルスプリング２３の伸縮状態（即ち、図２に示すキートップ２６の押下量）に応じて電極Ｑ１、Ｑ２間の静電容量が変化するので、これに伴って電極Ｑ１から電極Ｑ２に向けて流れる電流が変化する。
　以下、図４に示すブロック図を参照して、ドライブ回路１１、センシング回路１２、及び制御回路１５の詳細について説明する。制御回路１５は、主制御部４１と、記憶制御部４２と、補正処理部４３、及び記憶部４４を備えている。
　主制御部４１は、制御回路１５を総括的に制御すると共に、ドライブ回路１１及びセンシング回路１２に各種の制御信号を出力する。具体的には、ドライブ回路１１に対して、各ドライブラインＭを択一的にＨレベルとするためのドライブ制御信号を出力する。また、センシング回路１２に対して、マルチプレクサ３１（後述）の切替制御信号を出力し、ピークホールド回路３２（後述）のリセット信号を出力し、Ａ／Ｄ変換回路３３（後述）の変換開始信号を出力する。
　記憶部４４は、検出電圧記憶領域４５及び補正電圧記憶領域４６を備えており、これらの検出電圧記憶領域４５及び補正電圧記憶領域４６は、それぞれ各キーＫｙに対しての記憶領域を有している。検出電圧記憶領域４５は、ｍ番目のドライブラインＭ、ｎ番目のセンシングラインＮに対して、それぞれ記憶領域Ｃｉｎ（ｍ，ｎ）を有しており、センシング回路１２で検出される電圧を、キーＫｙ−ｍｎに対応する電圧Ｖｉｎ（ｍ，ｎ）として記憶する。補正電圧記憶領域４６は、ｍ番目のドライブラインＭ、ｎ番目のセンシングラインＮに対して、それぞれ記憶領域Ｃｏｕｔ（ｍ，ｎ）を有しており、補正処理部４３で補正された後の各キーＫｙ−ｍｎに対応する電圧を、電圧Ｖｏｕｔ（ｍ，ｎ）として記憶する。
　記憶制御部４２は、ＨレベルとされたドライブラインＭと、各センシングラインＮに生じる電圧に基づいて、各交差点に設けられるキーＫｙに対応する電圧を取得し、取得した電圧を各キーＫｙに対応する記憶領域（検出電圧記憶領域４５及び補正電圧記憶領域４６）に書き込む。更には、記憶領域に記憶されている電圧を読み出す制御を行う。
　補正処理部４３は、センシング回路１２で検出される一のキーＫｙに対応する電圧と、検出電圧記憶領域４５に記憶されている他のキーＫｙに対応する電圧に基づいて、一のキーＫｙに対応する電圧を補正し、補正後の電圧を補正電圧記憶領域４６に記憶する処理を実行する。例えば、キーＫｙ−４５に対応する電圧を求める場合には、センシング回路１２で検出されるキーＫｙ−４５に対応する電圧Ｖｉｎ（４，５）と、検出電圧記憶領域４５に記憶されている他のキーＫｙ、即ち、Ｋｙ−１５、Ｋｙ−２５、Ｋｙ−３５、Ｋｙ−５５、・・、Ｋｙ−ｉ５に対応する電圧に基づいて、キーＫｙ−４５に対応する電圧Ｖｉｎ（４，５）を補正する。
　一方、図１に示すドライブ回路１１は、制御回路１５より出力される制御指令（ドライブ制御信号）に基づき、各ドライブラインＭ（Ｍ−１~Ｍ−ｉ）に対して択一的に一定時間だけＨレベル（ハイレベル）の電圧を印加するように制御する。具体的には、Ｍ−１、Ｍ−２、・・、Ｍ−ｉ、Ｍ−１・・の順に各ドライブラインＭの電圧をＨレベルとする。それ以外のドライブラインＭの電圧は、Ｌレベル（ローレベル）とする。なお、電圧を印加する順序は、上記に限定されず、一定の周期で択一的にドライブラインＭの電圧をＨレベルとすればよい。なお、上述したように各ドライブラインＭはドライブ回路１１の制御により、Ｈレベル及びＬレベルが切り替えられるので、図４では、この切替を便宜的にスイッチＳＷ、及びドライブ制御信号を示す矢印で示している。即ち、制御回路１５より出力されるドライブ制御信号により、ドライブラインＭをＨレベルとする指令が供給された場合には、スイッチＳＷが、「Ｌ」から「Ｈ」に切り替わり、キーＫｙにＨレベルの電圧が印加されることになる。
　センシング回路１２は、各センシングラインＮに流れる電流に応じた電圧を検出する。以下、詳細に説明する。図４に示すようにセンシング回路１２は、抵抗Ｒ１とＲ２の直列接続回路を備え、各抵抗Ｒ１、Ｒ２の接続点Ｐ１は、キーＫｙの出力端（即ち、図３に示す電極Ｑ２）に接続されている。抵抗Ｒ１の一端は電源電圧ＶＢの端子に接続され、抵抗Ｒ２の一端はグランドに接続されている。そして、この直列接続回路は、各センシングラインＮ毎にそれぞれ設けられており、接続点Ｐ１はマルチプレクサ３１に接続されている。抵抗Ｒ１とＲ２は同一の抵抗値を有している。従って、接続点Ｐ１の電圧は、センシング回路１２に供給される電源電圧ＶＢとグランド電圧との中間値の電圧となる。
　マルチプレクサ３１は、各キーＫｙ（Ｋｙ−１１~Ｋｙ−ｉｊ）を経由してセンシングラインＮに流れる電流に応じた電圧（抵抗Ｒ２の両端に生じる電圧、即ち接続点Ｐ１の電圧）を、アナログスイッチにて一定の周期で択一的に切り替えて、ピークホールド回路３２に出力する。
　ピークホールド回路３２は、接続点Ｐ１に生じる電圧のピーク値を検出し、検出したピーク値を保持する。制御回路１５よりリセット信号が与えられた際に、保持したピーク値をリセットする。
　以下、ピークホールド回路３２による処理動作を、図９に示すタイミングチャートを参照して説明する。例えば、図９（ａ）に示すように、時刻ｔ０にてドライブラインＭ−４がＬレベルからＨレベルに切り替えられ、キーＫｙ−４５が小さい押下量で押下されていると、キーＫｙ−４５の静電容量が通常時（キーが押されていないとき）よりも増大しているので、図９（ｂ）に示すように、ＬからＨへの切替時（時刻ｔ０）、及びＨからＬへの切替時（時刻ｔ１）にてキーＫｙ−４５に電流が流れ、接続点Ｐ１の電圧が変化する。具体的には、時刻ｔ０では電圧が上昇し、時刻ｔ１では電圧が下降する。そして、ピークホールド回路３２（図４参照）は、この電圧（電圧Ｖ１）を保持するので、図９（ｃ）に示すように、ピーク時の電圧が保持される。つまり、キーＫｙ−４５が小さい押下量で押下されていることが認識される。その後、時刻ｔ２にてリセット信号が与えられると、保持していたピーク値がリセットされる。
　一方、時刻ｔ３にてドライブラインＭ−４がＬレベルからＨレベルに切り替えられ、キーＫｙ−４５が大きい押下量で押下されていると、図９（ｂ）に示すように、時刻ｔ３、ｔ４にてキーＫｙ−４５に電流が流れ、接続点Ｐ１の電圧が上昇、或いは下降する。この際、キーの押下量が大きいので、電極Ｑ１、Ｑ２間の静電容量が時刻ｔ０の場合よりも相対的に大きくなる。このため、キーＫｙ−４５を流れる電流が大きくなり、接続点Ｐ１に生じる電圧（電圧Ｖ２）が相対的に大きくなる。即ち、Ｖ２＞Ｖ１となる。そして、この電圧のピーク値が保持され、Ａ／Ｄ変換回路３３に出力される。
　Ａ／Ｄ変換回路３３は、制御回路１５より変換開始信号が与えられた際に、ピークホールド回路３２で保持した電圧のピーク値をディジタル化し、このディジタルデータを制御回路１５に出力する。
　従って、図４に示すスイッチＳＷがオフからオンに切り替わり（即ち、ドライブラインＭの電圧がＬレベルからＨレベルに切り替わり）、このとき操作者の操作により、キーＫｙが押下されている場合には、接続点Ｐ１の電圧が増加する。この電圧は、マルチプレクサ３１を経由してピークホールド回路３２に供給され、該ピークホールド回路３２に一時的に保持された状態で、Ａ／Ｄ変換回路３３でディジタル化され、制御回路１５に出力される。
　そして、後述するように、制御回路１５では、Ａ／Ｄ変換回路３３より出力された電圧を補正することにより、押下されたキーＫｙの押下量を検出し、且つ、その押下量による押下の有無の判断を行う。更には、押下量の時間的変化に基づいて、押下速度の検出が可能となる。
　これらのキーＫｙに対する押下情報（補正後の押下情報）は、主制御部４１にてキーコードに変換され、その後、インターフェース（図示省略）を介してホストコンピュータ（図示省略）に送信される。即ち、制御回路１５は、センシング回路１２にて検出される電圧に基づいて、操作されたキーＫｙ、及びその操作量を検出する機能を備えている。
　次に、上記のように構成された本実施形態に係る静電容量式キーボード１０の作用について説明する。初めに、キーＫｙの操作量を検出する原理について、図５、図６に示す回路図を参照して説明する。図５は、複数のキーＫｙのうち、キーＫｙ−４５が押下された場合の電流の流れを示す説明図、図６はその等価回路図である。なお、図５では、煩雑さを避けるため、ドライブラインＭ−４、及びセンシングラインＮ−５に接続されるキーＫｙのみを記載し、それ以外のキーＫｙは記載を省略している。
　図５に示すように、キーＫｙ−４５が押下されると、図２に示したキートップ２６が下方に押下されるので、コイルスプリング２３が付勢され、これに伴って電極Ｑ１、Ｑ２間の静電容量が増加する（図３参照）。また、ドライブ回路１１では、各ドライブラインＭの電圧を順繰りにＬレベルからＨレベルに切り替えるように制御するので、ドライブラインＭ−４がＨレベルとされたときには、キーＫｙ−４５の電極Ｑ１、Ｑ２を経由して電流が流れる。即ち、ドライブラインＭ−４、キーＫｙ−４５、センシングラインＮ−５の経路（図中の矢印Ｙ０、Ｙ３の経路）で電流が流れ、接続点Ｐ１（図６参照）の電圧が上昇する。この電圧は、図４に示したマルチプレクサ３１を経由してピークホールド回路３２に供給されるので、電圧のピーク値が保持され、更に、Ａ／Ｄ変換回路３３にて複数段階のディジタル値に変換される。そして、制御回路１５に出力される。
　一方、キーＫｙ−４５が押下されている際に、これと同時にキーＫｙ−４５と同一のセンシングラインＮ−５に接続されたキーＫｙ−６５が押下されている場合には、図５に示すように、ドライブラインＭ−４、センシングラインＮ−５、キーＫｙ−６５、ドライブラインＭ−６の経路、即ち、矢印Ｙ０、Ｙ４の経路に電流が流れる。このため、キーＫｙ−４５が単独で押下されている場合と比較して、矢印Ｙ３の経路でセンシング回路１２に流れる電流が相対的に減少してしまう。
　更には、同一のセンシングラインＮ−５に接続された他のキーＫｙ（３個目のキー）が押下されている場合には、矢印Ｙ３の経路に流れる電流の減少がより顕著となる。従って、図７の波形図に示すように、同一のセンシングラインＮ−５で、唯一のキーＫｙ−４５が押下されている場合には、曲線ｑ１のように変化するのに対し、他のキーＫｙ−６５が同時に押下されている場合には、曲線ｑ２のように相対的に電圧が低下する。従って、２つのキーＫｙが同時に押下されることによりセンシング回路１２で検出される電圧のピーク値が、ｖ１からｖ２に変動してしまう。
　本実施形態では、一のキーＫｙが押下されている際に、これと同時に他のキーＫｙが押下されている場合には、他のキーが押下されていることに起因して低下する電圧を補正することにより、複数のキーＫｙ（主として、同一のセンシングラインＮに接続されたキーＫｙ）が同時に押下されることによる検出精度の低下を防止する。具体的には、センシング回路１２で検出した電圧に対して、図７に示したピーク電圧ｖ１とｖ２の差分であるΔｖに対応する電圧を演算し、更に、この差分電圧Δｖを加算することにより、電圧の検出値を補正する処理を行う。
　以下、具体的な処理手順を、図８に示すフローチャートを参照して説明する。図８に示す処理は、図４に示した主制御部４１により、所定の周期で実行される。
　初めに、ステップＳ１１において、主制御部４１は、検出電圧記憶領域４５に設定された各キーＫｙ毎の記憶領域Ｃｉｎ（ｍ，ｎ）、及び補正電圧記憶領域４６に設定された各キーＫｙ毎の記憶領域Ｃｏｕｔ（ｍ，ｎ）を初期化する。ここで、「ｍ」、「ｎ」はそれぞれドライブラインＭ及びセンシングラインＮの番号を示しており、ｍは「１~ｉ」（ｉはドライブラインＭの数）、ｎは「１~ｊ」（ｊはセンシングラインＮの数）である。例えば、Ｃｉｎ（４，５）は、検出電圧記憶領域４５に設定された「キーＫｙ−４５」の押下により生じた電圧の検出値を記憶する領域を示す。
　ステップＳ１２において、主制御部４１は、ｎ＝１、ｍ＝１に設定する。ステップＳ１３において、主制御部４１は、ドライブ回路１１に、ドライブラインＭ−ｍにＨレベルの電圧を印加する制御信号を出力し、且つ、マルチプレクサ３１にセンシングラインＮ−ｎを選択する制御信号を出力する。これにより、ドライブラインＭ−ｍがＨレベルとされ、マルチプレクサ３１によりセンシングラインＮ−ｎが選択される。
　ステップＳ１４において、主制御部４１は、キーＫｙ−ｍｎのセンシングラインＮ−ｎに生じる電圧Ｖｉｎ（ｍ，ｎ）を検出し、記憶領域Ｃｉｎ（ｍ，ｎ）に記憶する。初期的には、ｎ＝１、ｍ＝１であるので、キーＫｙ−１１のセンシングラインＮ−１に生じる電圧Ｖｉｎ（１，１）を検出し、これを記憶領域Ｃｉｎ（１，１）に記憶する。
　ステップＳ１５において、主制御部４１は、記憶領域Ｃｉｎ（ｍ，ｎ）に記憶された電圧Ｖｉｎ（ｍ，ｎ）に補正を加えて補正電圧Ｖｏｕｔ（ｍ，ｎ）を求め、この補正電圧Ｖｏｕｔ（ｍ，ｎ）を補正電圧記憶領域４６に設定された記憶領域Ｃｏｕｔ（ｍ，ｎ）に記憶する。この補正処理は、以下に示す数式１にて行われる。

　但し、０＜ｋ＜１である。
　なお、参考として上記の数式１は、下記数式２で示すこともできる。

　上記の数式１は、例えばキーＫｙ−１１のセンシングラインでＮ−１で検出される電圧Ｖｉｎ（１，１）に対して、このキーＫｙ−１１と同一のセンシングラインＮ−１に接続されているキーＫｙ−ｍ１の記憶領域Ｃｉｎ（ｍ，１）に記憶された電圧Ｖｉｎ（ｍ，１）の合計（但し、Ｖｉｎ（１，１）を除く）に、定数ｋを乗算した数値（図７に示したΔｖに相当する電圧）を加算することにより、補正電圧を演算している。そして、演算された補正電圧Ｖｏｕｔ（１，１）は記憶領域Ｃｏｕｔ（１，１）に記憶される。なお、初期的には、ステップＳ１１の処理で各記憶領域Ｃｉｎ（ｍ，ｎ）はリセットされているので、記憶領域Ｃｉｎ（１，１）以外の記憶領域Ｃｉｎ（ｍ，ｎ）はすべてゼロとされている。しかし、後述するように、本処理を繰り返して実行することにより、各記憶領域Ｃｉｎ（ｍ，ｎ）には、対応するキーＫｙで検出される電圧が記憶されるので、これらの電圧を用いることにより、上記数式１の演算を実行することができる。
　ステップＳ１６において、主制御部４１は、必要に応じてキーＫｙ−ｍｎの情報、及び記憶領域Ｃｏｕｔ（ｍ，ｎ）に記憶されている補正電圧Ｖｏｕｔ（ｍ，ｎ）の情報をホストコンピュータ（図示省略）に送信する。
　ステップＳ１７において、主制御部４１は、ｍをインクリメントして「ｍ＝ｍ＋１」とする。
　ステップＳ１８において、主制御部４１は、ｍとｉ（ドライブラインＭの数）を比較し、ｍ≦ｉである場合には、ステップＳ１３に処理を戻す。ｍ≧ｉである場合には、ステップＳ１９に処理を進める。
　ステップＳ１９において、主制御部４１は、ｍ＝１とし、ｎをインクリメントして「ｎ＝ｎ＋１」とする。即ち、１番目のセンシングラインＮ−１と、１番目~ｉ番目のドライブラインＭとの交差点に存在する各キーＫｙ−１１~Ｋｙ−ｉ１についての検出電圧の測定が終了したならば、２番目のセンシングラインＮ−２についての検出電圧の測定に移行する。
　ステップＳ２０において、主制御部４１は、ｎとｊ（センシングラインＮの数）を比較し、ｎ≦ｊである場合には、ステップＳ１３に処理を戻す。ｎ≧ｊである場合には、ステップＳ２１に処理を進める。
　ステップＳ２１において、主制御部４１はｎ＝１として、ステップＳ１３に処理を戻す。
　そして、ステップＳ１３~Ｓ２１の処理を繰り返すことにより、検出電圧記憶領域４５に設定されている各記憶領域Ｃｉｎ（ｍ，ｎ）に、各キーＫｙ−ｍｎで検出された電圧Ｖｉｎ（ｍ，ｎ）が記憶され、且つ、補正電圧記憶領域４６に設定されている各記憶領域Ｃｏｕｔ（ｍ，ｎ）に、各キーＫｙ−ｍｎに対応する補正電圧Ｖｏｕｔ（ｍ，ｎ）が記憶される。
　次に、前述したステップＳ１５の処理を、同一のセンシングラインＮに接続された２つのキーＫｙが同時に押下されている場合、具体的には、図５に示すように、センシングラインＮ−５に接続されたキーＫｙ−４５と、キーＫｙ−６５が同時に押下された場合を例に挙げて、より詳細に説明する。
　ドライブ回路１１の制御により、ドライブラインＭ−４が「Ｈ」レベルとされると、上述したように、矢印Ｙ０、Ｙ３の経路で電流が流れるので、図６に示す等価回路の点Ｐ１にはキーＫｙ−４５が押下されたことによる電圧が生じる。この際、同時にキーＫｙ−６５が押下されていることにより、矢印Ｙ４の経路で電流が流れてしまい、点Ｐに生じる電圧は、キーＫｙ−４５が単独で押下されている場合と比較して電圧が低下する。つまり、図７の曲線ｑ２に示したように、電圧特性が低下し、本来の電圧（キーＫｙ−４５が単独で押下された場合の電圧）と対比してピーク電圧にΔｖの変化が生じてしまう。
　図８のステップＳ１５の処理では、前述した数式１により、補正処理を行っている。具体的には、キーＫｙ−６５が同時に押下されているので、このキーＫｙ−６５に対応する記憶領域Ｃｉｎ（６，５）に記憶されている電圧Ｖｉｎ（６，５）を読み出し、更にこの電圧Ｖｉｎ（６，５）に定数ｋ（０＜ｋ＜１）を乗じた数値を、記憶領域Ｃｉｎ（４，５）に記憶されている電圧Ｖｉｎ（４，５）に加算している。そして、この加算結果である補正電圧Ｖｏｕｔ（４，５）を記憶領域Ｃｏｕｔ（４，５）に記憶する。この際、定数ｋは、初期設定により適切な数値に設定されている。従って、前述した数式１は、以下に示す数式３となる。

　そして、数式３の右辺第２項である「ｋ・Ｖｉｎ（６，５）」は、図７に示した差分電圧Δｖに相当するので、数式３を演算することにより、キーＫｙ−６５が同時に押下されたことによる検出電圧の誤差分を補正することができる。
　そして、制御回路１５は、上記の処理により、キーＫｙ−４５が押下されていること、及びその押下量を認識することができる。具体的には、図９に示したように、キーＫｙ−４５が小さい押下量で押下されている場合、及び大きい押下量で押下されている場合を識別して認識することができる。
　また、図９では、押下量が小さい場合と大きい場合の２通りの段階について示しているが、電極Ｑ１、Ｑ２間の静電容量はキーＫｙの押下量に応じて連続的に変化するので、この変化量に応じて複数通りの検出が可能である。例えば、キーＫｙの押下量を５段階に区分し、接続点Ｐ１に生じる電圧に基づいて電圧値を５段階で検出すれば、キーＫｙの押下量を５段階（複数段階のディジタル値）で認識することができる。
　上記のようにして、各ドライブラインＭにＨレベルの電圧を逐次印加することと、マルチプレクサ３１にて各センシングラインＮを逐次切り替えることにより、各キーＫｙの押下の有無、その操作量や、押下速度を検出できる。更に、それら全てのキーＫｙの情報をホストコンピュータ（図示省略）に送信することができる。
　従って、所望するキーＫｙ−４５が押下されているときに、誤操作により予期しないキーＫｙ−６５が同時に押下された場合、及び、意図的にキーＫｙ−６５を押下した場合、のいずれにおいても、キーＫｙ−４５が押下されたこと、及びその押下量を高精度に検出することが可能となる。
　このようにして、本実施形態に係る静電容量式キーボード１０では、各キーＫｙ−ｍｎが押下された際にセンシングラインＮ−ｎに生じる電圧Ｖｉｎ（ｍ，ｎ）を、記憶部４４の検出電圧記憶領域４５に設定された記憶領域Ｃｉｎ（ｍ，ｎ）に記憶する。そして、一のキーとして例えばＫｙ−４５が押下された場合には、他のキーＫｙのセンシングラインＮに生じる電圧を用いて、キーＫｙ−４５のセンシングラインＮ−５に生じる電圧を補正する。従って、押下されたキーＫｙの検出、及びその押下量、押下速度を高精度に検出することが可能となる。このため、キーＫｙの押下量、押下速度に基づくアプリケーションプログラムで微細な動き等の指示を入力できるようになり、従来の単なる押下の有無のみのキーボードとしての機能のみならず、新たな入力装置を提供できる。例えば、新たなゲームソフト等に応用し、精細な操作命令を本発明のキーボードより指示が可能となる。
　また、他のキーＫｙとして、キーＫｙ−４５と同一のセンシングラインＮ−５に接続されたキーＫｙ−ｍ５（但し、キーＫｙ−４５を除く）のセンシングラインＮ−５に生じる電圧を用いて、キーＫｙ−４５のセンシングラインＮ−５に生じる電圧を補正すれば、押下量の検出精度をより一層向上させることが可能となる。
　また、図４に示した２つの抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値を同一とし、電源電圧ＶＢを分圧して接続点Ｐ１の電圧を生成するので、センシングラインＮより供給される電流により生じる電圧の安定化を図ることができる。このため、キーＫｙの押下情報を安定的に検出することが可能となる。
　以上、本発明の静電容量式キーボードを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。
　例えば、上記した実施形態では、各ドライブラインＭと各センシングラインＮの交差点にそれぞれキーＫｙが配置される構成を示したが、本発明は、これに限定されるものではなく、交差点にキーＫｙが配置されていない箇所が存在しても良い。また、ドライブラインＭとセンシングラインＮの数は同数であってもよい。即ち、ｉ＝ｊとすることもできる。
　更に、上述した実施形態では、センシング回路１２に設ける２つの抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値が同一である例について説明したが、本発明はこれに限定されず、異なる抵抗値としてもよい。

　本発明によれば、押下されたキー、及びその押下量を高度に検出することが可能な静電容量式キーボードを提供することにある。

１０　　静電容量式キーボード
１１　　ドライブ回路
１２　　センシング回路
１５　　制御回路
２１　　基板
２２　　ハウジング
２３　　コイルスプリング
２４　　ラバー
２５　　プランジャ
２６　　キートップ
３１　　マルチプレクサ
３２　　ピークホールド回路
３３　　Ａ／Ｄ変換回路
４１　　主制御部
４２　　記憶制御部
４３　　補正処理部
４４　　記憶部
４５　　検出電圧記憶領域
４６　　補正電圧記憶領域
Ｑ１，Ｑ２　　電極
Ｒ１　　抵抗
Ｒ２　　抵抗
ＳＷ　　スイッチ

Claims

　複数のドライブライン、及び前記ドライブラインと交差する複数のセンシングラインを有するキーボードであって、前記各ドライブラインと各センシングラインとの交差点に設けられ、操作子と、前記ドライブライン及び前記センシングラインに接続された一対の電極を備え前記操作子の押下量に応じて各電極間の静電容量が変化する電極部と、を有するキーと、前記各ドライブラインに接続され、各ドライブラインの電圧を択一的にローレベルからハイレベルに切り替えるドライブ回路と、前記各センシングラインに接続され、各センシングラインから唯一のセンシングラインを選択し、選択したセンシングラインに生じる電圧を検出するセンシング回路と、操作されたキー、及びその操作量を検出する制御回路と、を備え、前記制御回路は、前記各キーに対応した記憶領域を含む記憶部と、前記センシング回路により選択されたセンシングラインに生じる電圧を取得し、取得した電圧を、前記ハイレベルとされたドライブラインと、前記選択されたセンシングラインとの交差点に設けられたキーに対応する電圧として前記記憶領域に記憶する記憶制御部と、一のキーが操作された際に、他のキーに対応する記憶領域に記憶された電圧を用いて、前記一のキーの操作に起因して生じる電圧を補正する補正処理部と、を備えたことを特徴とする静電容量式キーボード。
　前記補正処理部は、前記一のキーが操作された際に、該一のキーと同一のセンシングラインに接続される他のキーに対応する記憶領域に記憶された電圧を用いて、前記一のキーの操作に起因して生じる電圧を補正することを特徴とする請求項１に記載の静電容量式キーボード。
　前記補正処理部は、前記検出電圧記憶領域に記憶された一のキーの電圧をＶｉｎ（ｍ，ｎ）（但し、ｍはドライブラインの番号、ｎはセンシングラインの番号）とした場合、補正後の電圧Ｖｏｕｔ（ｍ，ｎ）を、下式で算出することを特徴とする請求項２に記載の静電容量式キーボード。
　［数式］
　前記記憶領域は、前記各センシングラインに生じた電圧を記憶する検出電圧記憶領域と、前記補正処理部にて補正した補正電圧を記憶する補正電圧記憶領域と、を含むことを特徴とする請求項１~３のいずれか１項に記載の静電容量式キーボード。
　前記センシングラインの電圧は、前記センシング回路に供給される電源電圧とグランド電圧との中間値に保持されることを特徴とする請求項１~４のいずれか１項に記載の静電容量式キーボード。