JPS604490B2 - デ−タ・エントリ・キ−ボ−ド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般的に電子キーボード、特に容量性マトリク
ス・キーボード用の感知回路及び感知技術に関するもの
である。

従来、多数の容量性で動作するマトリクス・キーボード
が存在し、それらは産業上に広く使用されている。

この種のキーボードは、例えば米国特許第３７８６４９
７号、第３４３７７９５号、第３７５０１１３号あるい
は防衛公告Ｔ９０４００８‘こ記述されている。既知の
大部分の先行技術においては、絶縁基板上の一つ乃至複
数の導電性ランド乃至導電性径路の間の結合は、径路な
いしランドから絶縁された結合プレートを二つないしそ
れ以上のランドと密接させることによって、容量が様々
に変化する。キャパシタンスの変化を感知することは、
マトリクス中の所与の位置におけるキーの作動を示すも
のとして使用される。結合しているか分離しているかど
うかも、キーが押されていることを示す重要な変化とし
て感知することができる。この種の回路でいまいま起こ
る問題は、通常、わずか数ピコフアラドという非常に４
・ミなオーダーのキャパシタンスの変化が生まれるとい
うことに付随するものである。

このように小さなキヤパシタンスの変化では、増幅器の
感度の変動、回路設計及びその導体中で変動する標遊キ
ャパシタンス、ならびにランドと容量性結合プレートと
の間の回路基板の頂部についた塵ないし不純物の小さな
粒子の作用が、キーの作動を誤って感知させ、または無
感知にすることがある。標遊キャパシタンス及び不純物
の作用から最大限に保護するには、キー・スイッチ作動
の際の信号感知点を正常開放位置と正常閉鎖位置のほぼ
中間にすることが最も望ましい。しかしながら、漂遊キ
ャパシタンス及び感知増幅器の感度の変動のために非常
に広い範囲で感知が起こり得る。

すなわち僅かな量の塵または不純物でも、特定のキー位
置では、結合プレートが正常閉鎖位置において基板上の
ランドまたは接点から離れすぎることが起こり得る。そ
の結果、その位置が常に作動しているものと感知され、
あるいはキヤパシタンスの変化量が感知できないほど小
さくなってしまうことがある。その上、付随する回路の
導線につきものの漂遊キャパシタンスは、キー作動によ
るキー位置の変化の正味の効果が漂遊容量性結合の効果
によって常に表われる信号と比べて小さくなってしまう
程の結合を生じさせるものである。一定の感度闘値をも
つ感知増幅器が与えられている場合標遊キャパシタンス
とキー・キャパシタンスの効果を足し合さねばならない
。

すなわち、感知増幅器の闇値レベルで感知される信号は
、標遊キャパシタンス＋キー・キャパシタンスの変動よ
るものである。従って、一定の有効闘値しベルに対して
、そのキー位置における必要なキャパシタンス変動量は
、闘値感度とその位置に対して存在する漂遊結合キャパ
シタンスの差である。標遊容量性構成要素の与える信号
は「 キー・キャパシタンスの変動の効果を覆い隠して
しまう傾向がある。マトリクスの各行ないし列に使用さ
れる各種増幅器による様々な感知レベルの影響を除去し
、漂遊キャパシタンスの影響を抑えるために、これまで
増幅器の感度制御及びその他の比較的高価な方法が提唱
されてきた。

しかしながらそれらは、一般にこの種のキーボードを大
量に製造するための高速、大量生産、安価なやり方とは
両立しないものである。本発明の目的は、先行技術にお
いてこの種のキーボードがぶつかっていた上記の諸困難
を考慮して、容量性マトリクス・キーボード‘こおける
感知増幅器の感度レベルを変動させるための改良された
技術をもたらすことである。

本発明の第二の目的は、容量性キー・マトリクス中の各
キー位置に付随する標遊キャパシタンスの影響を個別に
調節するための改良された回路構成及び装置をもたらす
ことである。

本発明の第３の目的は、感知増幅器の電源電圧の変動及
びその素子の公差に基づく闘値感度変動の影響ならびに
容量性キー・マトリクス中の各キー位置に対する漂遊キ
ャパシタンスの影響を、この種のキーボードの自動大量
生産と両立できるやり方で同時に抑えることのできる改
良された手段及び方法をもたらすことである。

本発明の上記の目的及びその他目的は、本発明において
マイクロプロセッサー制御式感知レベル設定回路ならび
に、作動が起ったかどうかを検出するため各キー位置に
アドレスする前に各キー位置の精確な感知レベルをセッ
トするための方法を実現することによって充たされる。

感知レベル調節ルーチンを、キ−ボード回路構成と共に
具体化されたマイクロコンピュータの制御下で利用する
。マトリクスの走査中に新しい感知増幅器が選択される
度に、このルーチンが実行される。感知増幅器の入力側
に接続した精密補正キャパシタンスに、一組の補正パル
スをかける。同時に、マイクロコンピュータの制御下で
増幅器の感度を出力レベルがゼロになるまで変化させる
。このとき増幅器のキー感知システムは、電源電圧の変
動、励振トランジスタ電源の変動、感知増幅器の感度の
変動、及び他の素子の公差に基づく変動を有効に取除く
ことのできる、制御されたスイッチ切換えレベルに正確
に補正される。

又キーボード回路構成の走査機構によって、あるキー位
置をアドレスする場合、そのキー位置に付随する相対漂
遊キャパシタンスに関する情報を得るために記憶回路中
に記憶されている値の表がアクセスされ、感知増幅器の
闘値が漂遊キャパシタンスに合わせて調節される。例え
ば、あるキー位置が、それを含む特定のキーボードのレ
イアウト及び設計に付随して高い漂遊キヤパシタンスを
もつ場合には、感知増幅器の感度が下げられ（すなわち
より高い感知闘値がセットされ）、そのキーに低い漂遊
キャパシタンスが付随する場合には、感知増幅器の感度
が逆の方向に変えられる。闘値感度は闘値感度と漂遊結
合キヤパシタンスの差がキーボード上の全てのキー位置
について一定となるように変えられる。ここに記述した
２つの手続によって、キーボードのパラメータの変動が
うまく補償され電気的感知闘値がキー操作者によって得
られる物理的運動の程度と矛盾しないキー変位の公称量
に達し、その結果、各スイッチに対する運動の中心部分
でスイッチ切換え点に達するようになる。

これは全てのキーについて最適であるとみなすことがで
き、不純物に対する最良の許容限度を与える。第１図に
は、本発明の可変闘値設定機構をも含む、典型的なマイ
クロコンピュータに基づくキーボード走査システムの全
体構成図が示してある。

プログラム記憶式キーボード・インターフェース制御ア
プリケーション用のマイクロコンピュータは先行技術で
よく知られている。ｌｎｔｉｌ社８０４母型マイクロコ
ンピュータをベースにしたキーボード操作コーダ及びデ
コーダはよく知られており、市販品が入手できる。多数
のメーカーが、キー・マトリクスを走査するための全て
のロジックを取扱うことができ、キーが作動されたこと
が検出された場合には、コード化された出力をもたらす
、シングルチップ・マイクロコンピュータの使用に基づ
く完全なキーボードを市販している。先行技術で典型的
に知られているように、マイクロコンピュータ１は、基
本的に順次通りに連続的に実行される命令の閉鎖ループ
式シリーズである。

キーボード用マトリクス走査ルーチンを含み、あるいは
、それを実行するようにプログラム化することができる
ものである。マイクロコンピューターは、技術の専門家
には周知のように命令を実行するための中央データ処理
装置、命令を記憶するための常駐持久メモリー、書込み
可能なまたは固定式のデータ・メモリー並びにディジタ
ル信号、電源などの受取り及び送出し用の各種の入出力
ボート及びピンを備えている。通常の場合と同じく、多
数のマイクロプロセッサー・ルーチンを、相互におよび
外から加えられた信号に応じて持久メモリーに記憶させ
ることができる。これらのマイクロプロセッサー・ルー
チンは、既知のものと同じく所望の出力と事象の内部的
論理シーケンスが一度知られれば、所与のマイクロコン
ピュータに対する命令セット及び形式をプログラマーが
希望するように書込むことのできる、論理機能である。
その詳細は、希望する出力機能及び他の望ましい操作に
対するそのタイミングあるいは、それに論理的に応答す
るタイミングを指定することから完全に知られるが、そ
れらは最も広義の意味でも本発明の一部を形成していな
いので、ここでは説明は不要である。それらは使用する
特定のコンビュー外こ依存するものであり、一度データ
処理機能が指定されれば、希望する入出力及びそのデー
タ処理機能を実行する仕事に従事する専門的プログラマ
ーには明らかである。出力は各種の出力ピソ上でもたら
され、多くの場合は、実際に一連の可変二進カウントで
あるものを表わすことができる。例えば、２の記号をつ
けた出力回線上で、マイクロコンピュータ１は５個の二
進ビットをもたらし、それがマルチプレクサ３で解読さ
れて２４本の回線のうち１本を励振し、キー・マトリク
ス４中で所与の行の各キーに接続された２４；のうちの
何れかの行上に信号パルスが送られる。所与の交点にあ
るキーが作動されると、各行を交差する何れかの列５上
に出力がもたらされる。充分な出力ボートが備わってい
る場合には、マイクロプロセッサーーからの出力ボート
での個別信号で各行を直接に励振させることも可能であ
る。そうした場合、アドレスの解読による単一出力回線
へのマルチプレクシングが内部的に行なわれ、マイクロ
プロセッサー内部のマイクロコード・ルーチンによって
処理される。このやり方でキーボードを組立てると、ハ
ードウェア・モジュール３を省略できるので、やや安上
りになる。そうした場合、マルチプレクサ３が取除かれ
、元々それを励振するために使用される出力回線が数を
増やしてマトリクス４の各行に直接接続される以外は、
第１図と同じになる。従ってどちらの具体形も第１図で
記載されるものと理解される。後者の変形は先行技術で
は一般に見られずそれから離れたものとなる。当然のこ
とながら、マイクロプロセッサー上で充分な数のピンが
利用できるものとすれば、同じバリエーションで直接出
力を、列に接続された選択ゲートに送り、それによって
どの列を感知増幅器に接続するか選択することにより、
選択ゲートまたは解読機能を励振することが可能である
。一般的にいって、各個別出力列には、それ自身の制御
ゲート付き感知増幅器を、あるいは、この具体形の場合
のように、それを共通感知増幅器に接続するための制御
ゲートを備え付けることができる。

ある列から共通感知増幅器に信号を経路指定するための
感知増幅器のゲート開放の選択は回線６上に感知増幅器
の選択又はゲート・アドレスを設けることにより、マイ
クロコンピュータ１によって実施される。この具体形で
は、４つの列しか示してないが、感度増幅器選択アドレ
スを感度増幅器選択回路構成７に与えて、そこで回線６
上の２ビットを解読し列５のうち一列を所与の感知増幅
器に対してゲート開放するのであれば、４つの列のうち
任意の１つを選択するのに、２つの−進ビットで充分で
ある。感知増幅器が「閉じている」ことが検出されれば
、すなわち、キーが押されていることを表わすキー信号
が発生した場合キー検出を示す回線８上のフィードバッ
クがマイクロコンピュータ１に送られ、次に先行技術で
周知のやり方でマイクロコンピュータがその出力側９か
ら多重ビットのデー夕及びストロボ信号を使用中のシス
テムに送ることになる。

このデータ出力は、回線２及び６上のビットからなり容
量性キー・マトリクス４中の任意の位置を識別する二進
カウントの形にすることができ、あるいはマイクロプロ
セッサー１に含まれるメモリー中でさらにそれをコード
化して望みの形式にすることができる。これらの付属機
構は、市販品として入手することができ本発明の一部で
はないので、ここでは詳しく説明しない。さらに、マイ
クロコンピューターのデータ・メモリーは、漂遊キャパ
シタンス値アドレス或いは係数などマトリクス中の各個
別キーに対する他の情報や、連続作動（自動反復）機能
、ケース・シフトないし字体の識別あるいはデータ入力
システム中で重要な制御機能などキーに割当てられた何
れかの論理属性を含むことができる。先行技術ではみら
れない他のェレメントも第１図に組込んである。特に、
基準容量性結合レベルでのパルスを感知増幅器ボックス
７中の入力側に送るためにマルチプレクサ３からの出力
回線と客量性キー・マトリクスからの各列５との間に結
合された基準コンデンサー１０が示してある。数個の基
準コンデンサーが図示してあるが、所与のキーボード上
の各列ないし行の容量のばらつきは無視でき、そして増
幅器の感度及び素子の公差は、１個の基準コンデンサー
によって一度補償されれば変わらないので、実際には１
個だけ使用すれば充分である。ただし、現在回路チップ
ないしモジュールを使用して回路が構成され、チップ間
のばらつきが補償される必要があるので、１個の基準コ
ンデンサーは必要である。基準コンデンサーの駆動によ
りそれら素子の公差（回路毎に異なるが１つの回路内で
は極くわずかしか変らない）が許容し得る感知レベルに
補正される。電源の変動及び熱効果を説明するため、次
に述べる補正手順を定期的に実施すべきであるが、再補
正の頻度は任意でよい。基準コンデンサーは、開始時に
一度と、その後比較的まばらな間隔で駆動される必要が
ある。再補正は、各キー走査順序の最後に、あるいは１
秒毎ないし１分毎ないし１０分毎などマイクロプロセッ
サーの制御下で実施すべきである。あるいは、この具体
形の場合に行なわれるように、再補正順序は、それをキ
ー走査順序の一部にして、定期的に行なうことができる
。さらに述べるように、またマルチプレクサ３からの最
終出力がコンデンサー１川こ接続されていることからわ
かるように、新しい感知増幅器が選択される毎に（すな
わち、サイクル中で完全なカウントが発生し、マルチプ
レクサ３からの最終出力が実現されると）カウント中の
次のビットが、新しい感知増幅器のアドレスを選択する
。

回線６上の感知増幅器ビットは所与のマトリクス位置を
示す多重ビット・アドレス・カウント中で最高次の２つ
のカウントであり、低次ビットは回線２上のものである
。本発明によれば、感知増幅器の闘値は、マイクロコン
ピューターの制御下で基準コンデンサー１０‘こ、マル
チプレクサ３からのパルスが送られてももはや出力が検
出されなくなるまで変化する。

感知増幅器の闘値は、マイクロコンピューターから回線
１１上に送られる選択コードもこよって制御され、感知
増幅器の選択及び可変闘値回路ブ。ック７中に収められ
る。第２図には、第１図のボックス７の内容のより詳し
い構成図が示してある。

第２図において、マルチプレクサ３からの励振パルスが
、回線１２のうちの１つによってキー・マトリクス４に
おける所与の行のすべての則ち４つのキー・コンデンサ
ーからなるグループに送られる。

その出力は線５を、論理ブロック内部に含まれている入
力バッファー１３に送られる。これらのバッファー１３
は回線５のうち何れかの回線上に来る信号電流パルスに
対して非常に低いインピーダンスのインターフェースと
なり、それらパルスを感知増幅器選択ゲート１４の入力
側に送る。このゲートは、回線６上の感知増幅器選択信
号を解読し、図に示すように４つの入力回線１５のうち
１つだけを選択してゲートを開くものである。デコーダ
１４からの出力は、回線１６上で、電流パルスを増幅す
る電流増幅器１７に送られる。次に直流隔離結合コンデ
ンサー１８が、電流増幅器１７からの信号を積分増幅器
１９に送る。この積分増幅器は先行技術でよく知られて
いる種類のフィードバック結合コンデンサー２０を備え
ており、積分された電流信号をもたらす。これは、出力
回線２１の近くの小さな線図に示すものと類似の波形を
発生し、それが励振電圧パルスの形を図に示すようなノ
コギリ形の波形としてうまく再生する。この波形が回線
２１上で可変闘値選択ゲート２２に送られる。選択ゲー
ト２２は、８つのレベルのうちの何れかを例えば、デコ
ーダ２３から釆る選択回線２５の制御下で選択する。

デコーダ２３には第１図に示すように、マイクロコンピ
ュータ１からの回線１１上に可変闘値選択レベルが備わ
っている。回線１１上の二進カウントに応じて８つの出
力レベルのうち何れかがデコーダ２３で選択される。次
に可変闘値ラッチ２２が闘値を予め定めたレベルに調節
し回線２１上のレベルがその閥値を越えるまでトリガー
しない。闘値感知レベルに達すると闘値ラッチ２２から
の出力２４がトランジスタ励振回路２６に送られ、そこ
で作動されたキー位置が感知されたことを示す、第１図
に示すような検出信号が回線８上に送られる。ラッチ２
２をリセットする必要があれば、感知増幅器ラッチ・リ
セット信号がマイクロプロセッサ１によって開始時及び
その他の時間にリセット回線上にもたらされる。先に述
べたように、スイッチ切換えが検出される有効闘値しベ
ルは、感知増幅器の闘値感度と所与のキー位置に存在す
る漂遊キャパシタンスの差で表わされる。すなわち、感
知増幅器上のある感度闘値に対して、漂遊キャパシタン
スの結果として一定量の入力信号が絶えず存在すること
になり、その位置のキー・キャパシタンスを変えること
によって闘値感度と標遊結合入力信号の差に等しい小さ
な追加量を与えるだけでよい。下記の第１表は、有効感
度閥値（単位はキルトないしアンペアではなくピコフア
ラド）を示したものである。

入力感度は実際には、キャパシタンス（単位ピコフアラ
ド）によって入力信号を変化させることによって実現さ
れる霞圧闘値であることを指摘しておく。第１表は、ベ
ース闘値感度（単位ピコファラド）対漂遊キャパシタン
ス（単位ピコフアラド）を表わしたもので、これら２つ
の値の差（単位ピコフアラド）としての有効闘値を表わ
す。１ピコフアラドの範囲の正常入力感度では、漂遊キ
ャパシタンスは０．２〜０．５ピコフアラドの範囲をと
ることができ、従って有効感度レベルは０．５〜０．８
ピコフアラドの間で変化できることがわかる。

すなわち、０．５ピコフアラドの漂遊キャパシタンスの
レベルでは、感知増幅器の感度闘値が１ピコフアラド‘
こセットされている場合、その感度闘値に達するにはキ
ー位置で０．５ピコフアラドの変化があればよいことに
なる。従って僅かな移動、容量性プレート上の不純物の
存在、あるいは電源電圧の変動によって、実際には起っ
ていないにもかかわらずあたかもキーが作動されたかの
如き検出動作が誤って生じる。スケールの逆の末端では
漂遊結合キャパシタンスが僅か０．２ピコファラドであ
り、充分に感知される信号を生み出すにはキー位置で０
．８ピコフアラドの変化が生ずることが必要となる。こ
れは実際にはある種のキーでは実現されない。その結果
、所与の増幅器入力感度闘値では、そのキー位置が検出
できないことになる。第１表 有効闇値 第２表は入力増幅器闘値感度レベル（単位ピコフアラド
）のセット配列に対応する二進アドレス表を示したもの
である。

第２図のデコーダ２３は第２表に示す二進入力アドレス
に対応して、第２表の値によって表わされるような可変
闘値ラッチ２２における８つの出力闘直感度レベルのう
ちから１つを選択する。１ピコファラドの入力基準コン
デンサー１０は、第２表の闘値感度のかっこ内の部分で
示されるように０．８〜１．２ピコフアラドの範囲の入
力感度闘値の全体でうまく感知できる。

このことの重要性は明らかであろう。第２表 先に述べたように、要素の許容幅、電源の変動などに基
づく感知レベル変動の影響を補償するためには、各感知
増幅器に対して入力側に精確な基準コンデンサー１０を
置き、再補正の頻度は任意でよいが、新しい感知増幅器
が回線６上の高次カウント・ビットによって選択される
毎に、共通励振回線してからの励振信号をそれに加える
。

それらは、回線２上の低次カウント・ビットがその最大
値にまでカウント・アップされ、第１図に示すように最
終回線１２上で基準コンデンサ−１０‘こ出力が発生す
る毎に影響を受ける。励振信号パルスは回線１２上の共
通励振器によって全ての基準コンデンサーに加えられ、
同時に、回線８上に信号出力が感知されなくなるまで回
線１１上のカウントを変えることによって選択された感
知増幅器の闘値が増やされる。

この点に達すると、コンデンサー１０として１ピコフア
ラドの基準コンデンサーを使用するものとすれば、キー
感知システムは１ピコフアラドの変動レベルないしスイ
ッチ切換えレベルに補正される。このようにして、新し
い感知増幅器が選択される毎に、電源電圧、励振器電圧
、感知増幅器の感度及び構成要素の許容値といった現在
条件が闘値でトリガーされるべき既存条件に対する増幅
器の感知レベルを、入力回線上のキヤパシタンスが１ピ
コフアラド変化するレベルよりも大きく設定することに
よって、全て再修正され再調節され、もしくは補償され
る。その上、新しい感知増幅器が選択される毎に、走査
手順を実施して、何れかのキーが作動されたかどうか感
知するより前に、容量性マトリクスの設計の特定の型式
、すなわちキーの数、寸法及び相互の位置に付随して、
ある範囲の漂遊キャパシタンスが存在する。

標遊キヤパシタンスは、キー毎に大きく異なるが、同一
の物理的設計を使用するものとすれば、キーボード間で
は大きく変化しない。従って漂遊キャパシタンスの値を
容量性マトリクス中の各キー位置と連関させて、マイク
ロコンピューター中で具体化されている読取り専用メモ
リーに記憶させる。第３表は、典型的な範囲の標遊キャ
パシタンスの値を示したもので、闘値修正アドレス・フ
ァクターと一諸に挙げてある。０．４ピコフアラドの公
称漂遊キャパシタンスは、通常よく見られるものであり
、０．４ピコフアラドの漠遊キャパシタンスが存在する
場合の実例として何も調節せずにシェーマに示しておく
。

このことについては、後でやや詳しく説明する。第３表
で漂遊ピコフアラド値と一諸に示したアドレス・ファク
ターは、先に説明したように基準コンデンサーの検定レ
ベルに合わせて調節済みの感度闘値をもう一度調節する
ために、マイクロコンピュータ１中で使用される。

あるキー位置で正常漂遊キャパシタンスよりも高い値が
得られた場合には、感知増幅器闘値選択回線１１でのア
ドレスが１つの二進カウントだけ増加して増幅器の感度
を下げ（すなわちその感度闘値を上げ）、０．４ピコフ
アラドよりも低い公称漂遊キヤパシタンスが存在する場
合には、回線１１上の二進カウントを第３図の値に示す
ように差引き、あるいは減分することによって逆のケー
スが実現される。第３表 キー漂遊ファクター 今述べた手順によって、キーボードの変化を補償するこ
とができ、有効感知闘値は、１ピコフアラドの検定レベ
ルから０．４ピコフアラドの公称漂遊キャパシタンス・
レベルを差引し、た０．６ピコフアラドとなる。

有効に機能するキーボードの具体形では、これは、所与
の具体形で全てのキーについて約０．２０３２ミリメー
トルの距離のェアキャツプを移動結合プレートの間に生
じることになる。第３図には、感知増幅器の闘値を検定
しまた後で調節するために利用されるマイクロコンピュ
ータ・プログラムの概略図が示してある。スタートから
始めると、パワーオンリセット操作が実行され続いて感
知増幅器選択アドレスが増分され、感知増幅器闘値が二
進カウント０００によって実現される値にセットされる
。第２表からわかるように、これにより入力側で１ピコ
フアラドの基準コンデンサーに対して入力闘値がうまく
０．６ピコフアラドの入力闘値にセットされる。次に、
第１図のマイクロコンピュータ１からの回線５上のカウ
ントを出力することによって基準コンデンサーに励振信
号が与えられ、それがマルチブレクサ３で解読されると
、図に示すように基準コンデンサーに接続された最終回
線上に出力をもたらす。感知増幅器が信号を検出したこ
とを示すフィードバックが回線８上に送られると、マイ
ク。コンピュータはその感知増幅器が閉じているものと
して検出されたか否かを決定することができる。増幅器
が閉じているものとして検出されたか開いているものと
して検出されたかに応じて、基準コンデンサー励振の次
のイエスーノーブロックが実行される。感知増幅器が閉
じているものとして検出された場合には、すなわち出力
が検出されなかった場合には、感知増幅器の闘値がマイ
クロコンビユー夕１の言己臆しジスター中に記憶され、
キー・アドレス漂遊キヤパシタンスが走査すべき最初の
キーと共にメモリーから取出して、作業レジスター中で
記憶レジスターからの値に加えられる。その結果は、新
しい感知増幅器闘値しベルを表わす。次にキー・キャパ
シターが第３図の流れ線図に示すように、その走査サイ
クル中に励振される。そのキーがたまたま所与の感知増
幅器に接続された最後のものであった場合には、感知増
幅器選択アドレスを増分させる決定が行なわれるが、所
与の増幅器と接続された最後のキーでない場合には、キ
ー・アドレスが増分され、キー・アドレス漂遊キャパシ
タンス値が取出されて、所与の感知増幅器と連関する全
てのキーが走査されるまで、調節された感知増幅器闘値
しベルに加えられる。所与の感知増幅器上の最後のキー
が感知されると感知増幅器アドレスは新しい感知増幅器
を選択するために変更され、先に説明したように、基準
コンデンサーを励振する際に使用される感知増幅器検定
ルーチンが実行される。

どの検定ルーチンでも、感知増幅器がそれが入力信号を
検出中であることを示す場合には、感知増幅器は閉じて
いず、第３図の「感知増幅器閉鎖一決定ブロックからの
「ＮＯ」回線上に出力が発生する。その結果、感知増幅
器闘値アドレスが１つだけ増分される。次に、最大感知
増幅器闘値アドレスに達したか否かを決定するため、比
較が行なわれる。最大感知増幅器闘値アドレスに達して
いる場合には、調節限界からエラー条件が示される。感
知増幅器闘値が最大でない場合には、決定ブロックは再
びプログラム・ループに入って、ゼロ出力あるいは感知
増幅器閉鎖条件が実現されているかどうかと決定するた
めに再び基準コンデンサーが励振される。この条件が実
現されている場合には、アドレス闘値しベルが記憶され
、先に説明したように、キーを走査するためのルーチン
が実行される。第３図に記述されているようなルーチン
を実行するために、マイクロコンピュータのマイクロコ
ード命令に書込むべき特定プログラム・ステップは、技
術の専門家には明らかである。また任意のマイクロコン
ピュータのための特定コード命令は、そのマイクロコン
ピュータの能力、設計及び操作に依存しているおり、そ
れらは、その売主から供給されるので、本発明の一部を
構成しない。有効に機能するキーボードの具体形では、
それらの感知レベルは、容量性結合プレート中の約０．
２０３２ミリメートルの２つの結合パッドの上方のェァ
キャップ・スイッチ切換え点に対応する。０．２０３２
ミリメートルのェアキャップは、満足できるェアキャッ
プと最大の容量変化の間の妥協である。

先に述べた走査ルーチンは、所与の列と交差する全ての
行を走査するように働き、次に増幅器選択ゲートのうち
の１つによってゲートが開かれる。

新しい行励振信号が発生する所に各ゲートを順次選択す
るという、逆の操作も可能である。すなわち走査を列毎
に１行ずつあるいは行毎に１列ずつ進行させることがで
きる。この具体例では、図に示すように、基準コンデン
サーが一列に１個ずつ全て一行に接続されているため、
列について基準に合せて検定し、次に適当なコードをマ
ルチプレクサ３にかけることにより、それと交差する全
ての行を順次走査するのがより好都合である。また先に
指摘したように、マイクロプロセッサー１の出力ボート
から励起パルスを直接与えてマルチプレクサ３を完全に
省略することもできる。第３図に戻って、マイクロコン
ピュータにこの可変感度設定ルーチンを収納できるよう
にするために付随するプログラム記憶式ロジックの基本
流れ線図の詳しい例を簡単に説明する。第３図で、プロ
グラム式機械で一般に使用されるパワーオンリセットな
いし始動機能として知られている全てのレジスターにつ
いて、スタートによつてリセット機能が発生する。次に
感知増幅器選択アドレス・レジスターが増分され、感知
増幅器闘値が０００にセットされる。これは０．６±０
．２ピコフアラドの闘値に対応するものである。次に第
１図に示すマルチプレクサ３からの最終出力たる出力を
基準コンデンサー励振回線上にかけることにより、基準
コンデンサーが励振される。次に感知増幅器７がパルス
を検出したかどうかを決定するために試験が行なわれる
。感知増幅器がパルスを検出した場合には、キー閉鎖と
して認識され、非常に僅かなエネルギーしか伝送されな
いものは、検出されていない。従って感知増幅器が閉鎖
（あるいは容量性結合プレートの開放に対応するキー・
スイッチの閉鎖として指示さたもの）を検出しなかった
場合には、感知増幅器闘値が１だけ糟分され最大闘値に
達したかどうかについてチェックが行なわれる。最大闘
値に達していない場合には、再び基準コンデンサーが励
振され、感知増幅器がキーを閉鎖されたものとして（す
なわちパルスなし）検出したか否かを決定するためにチ
ェックが行なわれる。このルーチンは、最終的に、感知
増幅器がキーの閉鎖と解釈されるものを検出するまで続
き、次に既存の感知増幅器闘値アドレスが記憶される。
ルーチンは次に所与の配列及び設計のキーボード中のキ
ー位置に対してＲＯＭまたはＲＯＳとして記憶されてい
るキー漂遊キヤパシタンス・ファクターを取出す。これ
らのファクターは、先に指摘したようにキー位置からか
なり変動するがキーの所与のレイアウトに対する同一の
位置では余り変らず、従って典型的なキーボードのレイ
アウトに使用される所与のキーの構造に対して、ＲＯＭ
またはＲＯＳをプログラム化することができる。この操
作が完了すると、次にキー・キャパシタンスに対する信
号を励振させ、キー走査サイクルを行なう命令が実行さ
れる。最後に走査されるキーが所与の感知増幅器に接続
された最後のキーであったかどうかを決定するために、
チェックが行なわれる。それが最後のキーである場合に
は新しい実行命令ループに入り、走査を続ける前に闘値
設定操作が増分される。それが所与の感知増幅器に接続
された最終キーでない場合には、キー・アドレスが増分
され、そのキーについてキー漂遊キャパシタンス・ファ
クターが取出され、第３図に示すように次の励振及び走
査サイクルに入る。先に述べた基準設定闘値操作中にキ
ーの閉鎖が検出されずに感知増幅器闘値が最大値に達し
た場合には、エラーまたは限界外条件が示される。任意
のマイクロプロセッサーに対する完全な命令のセットは
、技術に通じたプログラマーならば、マイクロプロセッ
サーの売主から提供される。マニュアル及び取扱説明書
を参考にして簡単に作成することができる。このため、
第３図に示したルーチンを実行するためのマイクロプロ
グラム命令の詳細なりストはここに示さない。本発明の
この走査方法に利用される闘値の設定及び試験ルーチン
を具体化する最良の方式の具体例として、第３図で企図
している命令及び特定プログラムは第３図の流れ線図で
充分に記述されているルーチン、方法及び機能を実施で
きるようにするために、所与のマイクロプロセッサーに
対して必要となる特定マイクロ命令とは独立のものであ
る。マイクロコード命令リストは所与のマイクロコンピ
ュータのプログラミングの仕事に従事している技術の専
門家なら容易に入手できるはずである。それらは機械の
販売会社から提供される。以上、我々の発明及びその有
利な具体例について、それを実施するために企図されて
いる最良の方式と共に説明してきたが、技術の専門家に
は明らかなように、本発明の精神及び範囲から外れるこ
となく、所与のキー位置または感知増幅器に対する感度
試験の結果に対応して、あつらえ式で感知増幅器闘値を
試験しセットするためのその他のマイクロプログラム・
ルーチンを容易に書込むことができる。

例えば、マイクロプロセッサーの一部分の１つの機能を
試験して感知増幅器闘値をセットし、一方他の部分また
はもう一合のマイクロプロセッサーは先にセットされた
闘値からの値を使用して最初のマイクロプロセッサー・
セクション中の以前の実行から閉じたキーを検出する走
査ルーチンの実行に従事するようにした、より高速の、
あるいは複数台のプロセッサーによる具体形を、容易に
想像することができる。このようなオーバーラップ式な
いし並行的操作ルーチンは一般に見られるものであり、
実行時間以外の点ではここに述べたように先ず感知増幅
器闘値を試験してセットし、次にその感知増幅器に接続
されたキーを走査するという、基本的な考え方及びシヱ
ーマから外れるものではない。また、本発明を容量性可
変インピーダンス素子マトリクス・キーボードに関して
説明してきたがレジスターや誘電子など他の可変インピ
ーダンスも同様に利用して同じ効果を得ることができる
。コンデンサーは、有利な具体形に対して選択したが、
その理由は、それらが抵抗装置や誘導装置よりも電気的
雑音の問題に悩まされることがより少なく、幾分はより
安価であり、より製造しやすいことである。同様に、光
学装置は、周知のように可変インピーダンス装置の等価
物であり、この技術を用いた具体形はキーボード技術か
ら容易に明らかとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、マイクロコンピュータ制御を利用して周知の
やり方でマルチプレクサの走査を操作し感知する方法で
具体化した、本発明の追加機構をも含む、容量性キー・
マトリクス感知システム用のキーボード・ロジックの全
体概略構成図を示したものである。 第２図は、第１図で一般的に示した、マイクロコンピュ
ータ制御下で感知増幅器の感度を変えるために使用する
各種の要素を示す、電気論理線図を示したものである。
第３図は、プログラム記憶式マイクロコンピュータに可
変感度設定ルーチンを収納するために付随するプログラ
ム記憶式ロジックの基本流れ線図を示したものである。
ＦＩＧ．３ ＦＩＧ．ｌ ＦＩＧ．２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 状態を変更し得る複数個のキーのマトリクスを有し
   、該キーの各々がその状態の変更に応答して該マトリク
   スの行と列との間で信号変化を生じさせるデータ・エン
   トリ・キーボードであって、少くとも１つの入力及び多
   数の出力を有するマイクロコンピユータと、該マイクロ
   コンピユータの第１出力に応答して該マトリクスの１つ
   の行又は列上に駆動信号を与えて信号出力を生じさせる
   マルチプレクサと、該マイクロコンピユータの第２出力
   に応答して該マトリクスの１つの行又は列からの該信号
   出力をゲートするためのデコーダとを具備し、該マイク
   ロコンピユータは該マトリクスの行又は列を順次に走査
   して該キーのうちのいずれかが状態を変更したかどうか
   を決定するようプログラムされ、該走査は該マルチプレ
   クサのどの出力が該駆動信号を生ずるかを制御するため
   の多数ビツトのコード化された該１出力を該第マイクロ
   コンピユータが該マルチプレクサに与えること及び該マ
   トリクスのどの行又は列からの信号出力をゲートされる
   かを制御するための多数ビツトのコード化された該第２
   出力を該マイクロコンピユータが該デコーダに順次に与
   えることによって行われるようなデータ・エントリ・キ
   ーボードにおいて、該マトリクスにおける行又は列の１
   つを形成するように配列され且つ該マトリクスが走査さ
   れるとき他の行又は列と同様に周期的に走査される少く
   とも１つの電気的基準インピーダンスと、該デコーダに
   よってゲートされた信号出力を受けるように接続された
   入力を有し、該入力における信号出力を増幅し闘値以上
   に増幅された信号を出力し得る可変闘値増幅器と、より
   成り、 該可変闘値増幅器は該マイクロコンピユータの第３出力
   に接続された入力と、該入力における該マイクロコンピ
   ユータからの闘値設定信号に応答して該増幅器の闘値を
   変更するための手段と、該マトリクスからゲートされた
   信号出力が該増幅器の闘値を越えて増幅されたことを表
   わす出力を発生するための手段とを具備し、該マイクロ
   コンピユータは該マトリクスの各キーと関連した漂遊イ
   ンピーダンスを表わす情報を各キーと関連した貯蔵位置
   に貯蔵し得るデータ・メモリを有し且つ（イ）該マルチ
   プレクサを介して該標準インピーダンスへ少くとも１回
   駆動信号を印加し、（ロ）該基準インピーダンスへの該
   駆動信号の印加によって生じた信号出力が該増幅器にお
   いて増幅された結果その出力が該マイクロコンピユータ
   の入力に与えられる時該基準インピーダンスへ再び駆動
   信号を印加すると共に該闘値設定信号を該増幅器の入力
   に与え、（ハ）該増幅器に最後に与えられた闘値信号を
   記憶し、（ニ）該マトリクスが走査される時各識別され
   たキーと関連した該データ・メモリの貯蔵位置をアクセ
   スし、それによって得られた漂遊インピーダンスを表わ
   す情報を該貯蔵された闘値設定信号に加えて新しい闘値
   を生じさせるように動作することによって闘値を得るこ
   とを特徴とするデータ・エントリ・キーボード。