特開 2018-160110 静電容量式キーボード装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2018-160110(P2018-160110A)

(43)【公開日】2018年10月11日

(54)【発明の名称】静電容量式キーボード装置

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/023 20060101AFI20180914BHJP

   H03M 11/10 20060101ALI20180914BHJP

   H03M 11/12 20060101ALI20180914BHJP

   G06F 3/02 20060101ALI20180914BHJP

   H03M 11/20 20060101ALI20180914BHJP

【ＦＩ】

   G06F3/023 310J

   G06F3/02 F

   G06F3/023 310D

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2017-57121(P2017-57121)

(22)【出願日】2017年3月23日

(71)【出願人】

【識別番号】000219233

【氏名又は名称】東プレ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】峯崎 重樹

【テーマコード（参考）】

5B020

【Ｆターム（参考）】

5B020EE23

5B020FF04

(57)【要約】

【課題】押下したキーの押下速度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装置を提供する。
【解決手段】複数のドライブラインＭと複数のセンシングラインＮとの交差点に設けられたキーＫｙと、各キーに設けられ、キーの押下量に応じてドライブラインＭとセンシングラインＮとの間の静電容量が変化する静電容量素子と、各キーをスキャンし、静電容量素子の静電容量変化に基づいて、キーの押下量を検出する押下量検出部を有する。押下量検出部にて検出される押下量が、予め設定した基準値（Ｔｈ０）に達した場合に、このキーのスキャン周期を短くするように制御する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

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と、
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たキーと、
前記各キーに設けられ、該キーの押下量に応じて前記ドライブラインとセンシングラインとの間の静電容量が変化する静電容量素子と、
各キーをスキャンし、前記静電容量素子の静電容量変化に基づいて、キーの押下量を検出する押下量検出部と、
前記押下量検出部にて検出される押下量が、予め設定した基準値に達した場合に、このキーのスキャン周期を短くするように制御する入力制御部と、
を備えたことを特徴とする静電容量式キーボード装置。

【請求項2】

前記入力制御部は、全てのキーの押下量が前記基準値に達していない場合には、全てのキーを順繰りにスキャンし、一のキーの押下量が前記基準値に達した場合には、前記一のキーについて全体のキー数よりも少ない間隔でスキャンすること
を特徴とする請求項１に記載の静電容量式キーボード装置。

【請求項3】

前記入力制御部は、押下量が前記基準値に達するキーが複数存在する場合には、この複数のキー全てについて、全体のキー数よりも少ない間隔でスキャンすること
を特徴とする請求項２に記載の静電容量式キーボード装置。

【請求項4】

前記基準値よりも大きい第１閾値、及び前記第１閾値よりも大きい第２閾値を設定し、
押下量が第１閾値に達してから、第２閾値に達するまでの所要時間を測定する所要時間測定部
を更に備えた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装置。

【請求項5】

前記入力制御部は、
一のキーの押下量が前記第２閾値に達した場合には、その後、押下量が前記基準値未満となるまで、前記一のキーのスキャンを実行しないように制御すること
を特徴とする請求項４に記載の静電容量式キーボード装置。

【請求項6】

前記キーの押下量の閾値を３以上設定し、前記所要時間測定部は、複数の閾値間の所要時間を測定すること
を特徴とする請求項４または５に記載の静電容量式キーボード装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数のキーを有するキーボードに係り、特に、キーが押下されたときの静電容量の変化並びにキーの押下時間を検出して、キーの押下速度を検出する静電容量式キーボード装置に関する。

【背景技術】

【0002】

キーを押下することによる静電容量の変化に基づいて、キー操作を検出する静電容量式キーボード装置が提案され、実用に供されている。その一方で、アスキーキーボード等の複数のキーを有するキーボード装置を、ＭＩＤＩ(musical instrument digital interface)鍵盤として使用したり、或いはゲーム機の操作器として用いることが提案されている。このため、キー操作時の押下速度を検出することが望まれる。押下速度を検出するためには、各キーの押下量を少なくとも２点で検出する。キー押下時の２点間の時間差に基づいて押下速度を検出する。具体的には、それぞれのキーに第１押下量、及び第１押下量よりも深い第２押下量を設定し、第１押下量から第２押下量に達するまでの所要時間を演算し、この所要時間に基づいてキー押下時の押下速度を検出する。

【0003】

静電容量式キーボード装置で、キーの押下量を検出するためには、各キーを順繰りにスキャンする。例えば、ｎ個のキーＫｙ１、Ｋｙ２、Ｋｙ３、・・Ｋｙｎが存在する場合には「Ｋｙ１→Ｋｙ２→・・Ｋｙｎ→Ｋｙ１→・・・」といったように、各キーを順繰りにスキャンし、例えば、キーＫｙ１で押下量が第１閾値Ｔｈ１に達したことが検出され、次回以降のキーＫｙ１のスキャンで押下量が第２閾値Ｔｈ２に達したことが検出された場合には、第１閾値Ｔｈ１が検出された時刻から第２閾値Ｔｈ２が検出された時刻までの所要時間に基づいて、押下速度を演算する。

【0004】

しかし、上記の方法では、複数のキーを順繰りにスキャンするので、スキャン周期が長くなってしまい、今回のスキャンから次回のスキャンまでに長時間を要する。このため、正確な押下速度を検出できない可能性が有る。以下詳細に説明する。
図１１は、横軸を時間、縦軸を電圧としている。静電容量式のキーボード装置は、キーの押下に伴って静電容量が変化し、ひいてはキーに生じる電圧が変化するので、電圧を測定することによりキーの押下量を検出する。従って、縦軸を「押下量」ということもできる。図１１に示す直線ｑ１は、任意のキー（これを「キーＫｙ１」とする）が押下されたときに生じる電圧、及びキーＫｙ１をスキャンするタイミングを示している。

【0005】

上述したように、ｎ個のキーを順繰りにスキャンするので、キーＫｙ１のスキャンタイミングを、時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３としている。即ち、ｔ１〜ｔ２の時間、ｔ２〜ｔ３の時間がキーボードのスキャン周期（前回のスキャンから今回のスキャンまでの所要時間）である。時間の経過に伴ってキーＫｙ１の押下量が増加するので、直線ｑ１は一次関数的に増加している。キーＫｙ１の押下量の第１閾値をＴｈ１、第２閾値をＴｈ２で示している。

【0006】

いま、図１１に示すように、時刻ｔ１でキーＫｙ１の押下量が第１閾値Ｔｈ１に達したことが検出され、その後、時刻ｔ３で第２閾値Ｔｈ２に達したことが検出された場合には、第１閾値Ｔｈ１に達してから第２閾値Ｔｈ２に達するまでにｔ１〜ｔ３の時間ΔＴ１１を要していることが検出される。従って、時間ΔＴ１１に基づいてキーＫｙ１の押下時の押下速度を求めることができる。

【0007】

一方、図１２に示す直線ｑ２では、時刻ｔ１にて押下量が第１閾値Ｔｈ１に達していない。その後、時刻ｔ２で第１閾値Ｔｈ１に達したことが検出され、更に、時刻ｔ３で第２閾値Ｔｈ２に達したことが検出される。この場合には、第１閾値Ｔｈ１が検出されてから第２閾値Ｔｈ２が検出されるまでにｔ２〜ｔ３の時間ΔＴ１２を要していることが検出される。この場合、実際には時刻ｔ１の直後に押下量が第１閾値Ｔｈ１に達しているにも関わらず、時刻ｔ２までこれが検出されないので、押下量が第１閾値Ｔｈ１に達してから第２閾値Ｔｈ２に達するまでの時間に大きな誤差が生じてしまう。従って、押下速度の演算精度が低下するという問題が発生する。

【0008】

そこで、押下速度の演算精度を向上させることを目的としたキーボードとして、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。特許文献１では、第１スイッチ及び第２スイッチを有する２点スイッチ式のキー（鍵盤）を備えた電子楽器が開示され、第１スイッチを定期的にスキャンし、第２スイッチは第１スイッチがオンであるキーを含むキー群（鍵盤群）のみをスキャンすることが示されている。第１スイッチがオンとされていないキー群のスキャンを行わないことにより、第２スイッチのスキャン周期を短縮化することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開平５−１６５４７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかしながら、上述した特許文献１に開示された従来例は、各キーを複数のキー群に区分する方法を採用しているので、第１スイッチがオンとされたキーを含むキー群については、第１スイッチがオンとされていなくても第２スイッチのスキャンが実施されることになり、スキャン周期をより短縮化して押下速度を高精度に検出したいという要望が高まっていた。

【0011】

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、押下したキーの押下速度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装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

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（Ｍ）、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（Ｎ）と、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たキー（Ｋｙ）と、前記各キーに設けられ、該キーの押下量に応じて前記ドライブラインとセンシングラインとの間の静電容量が変化する静電容量素子と、各キーをスキャンし、前記静電容量素子の静電容量変化に基づいて、キーの押下量を検出する押下量検出部と、前記押下量検出部にて検出される押下量が、予め設定した基準値（Ｔｈ０）に達した場合に、このキーのスキャン周期を短くするように制御する入力制御部と、を備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明に係る静電容量式キーボード装置では、押下したキーの押下速度を高精度に検出することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本発明の実施形態に係る静電容量式キーボード装置及びその周辺機器の構成を模式的に示す説明図である。

【図2】図２は、本発明の実施形態に係る静電容量式キーボード装置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】図３は、本発明の実施形態に係る静電容量式キーボード装置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】図４は、本発明の実施形態に係る静電容量式キーボード装置の、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】図５は、時間経過に対するキーの押下量の変化を示すグラフであり、直線ａ１はキーの押下速度が速い場合、直線ａ２はキーの押下速度が遅い場合を示している。

【図6】図６は、本発明の実施形態に係る静電容量式キーボード装置の処理手順を示すフローチャートである。

【図7】図７は、本発明の実施形態に係る静電容量式キーボード装置の処理手順を示すフローチャートである。

【図8】図８は、時間経過に対する押下量の変化、パラメータＦ０、Ｆ１の変化、タイマカウンタＴｃの変化を示すグラフである。

【図9】図９は、本発明の第１実施形態に係り、押下されたキーのスキャン周期を短くしたときの、スキャンタイミング及び押下量の変化を示すグラフである。

【図10】図１０は、本発明の第２実施形態に係り、押下されたキーのスキャン周期を短くしたときの、スキャンタイミング及び押下量の変化を示すグラフである。

【図11】図１１は、従来における静電容量式キーボード装置で任意のキーの押下量を測定するタイミングを示すグラフである。

【図12】図１２は、従来における静電容量式キーボード装置で任意のキーの押下量を測定するタイミングを示すグラフであり、押下量がＴｈ１に達するタイミングが時刻ｔ１よりも若干遅れた場合を示す。

【発明を実施するための形態】

【0015】

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装置１０は、複数（図では、個数ｉ）のドライブラインＭ（Ｍ-1，Ｍ-2，Ｍ-3，・・，Ｍ-i）と、複数（図では、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。

【0016】

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。
制御回路１５、ドライブ回路１１、及びセンシング回路１２は、例えば、中央演算ユニット（ＣＰＵ）や、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク等の記憶手段からなる一体型のコンピュータとして構成することができる。

【0017】

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（静電容量素子）を備えているので、図では各キーＫｙを可変容量コンデンサの記号にて示している。

【0018】

キーＫｙは、図２に示すように、一対の電極Ｑ１、Ｑ２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。

【0019】

図２に示したキーＫｙは、特に構造を規定するものではなく、キートップ２６を押下する際の押下量に応じて、電極間の静電容量が増大するように構成されているものであれば良い。また、キーの押下量に応じて電圧が単調に増加する構成であれば良い。直線的に増加するものが好ましい。
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の番号を括弧内に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「キーＫｙ(4,5)」と示す。

【0020】

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。従って、センシング回路１２（図１参照）で検出される電圧が変化することになる。

【0021】

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、記憶部４４、及び出力インターフェース４３を備えている。

【0022】

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。

【0023】

また、主制御部４１は、Ａ／Ｄ変換回路３３より出力される各キーＫｙに生じる電圧に基づいて、キーＫｙの押下量を演算する。即ち、主制御部４１は、各キーＫｙをスキャンし、可変容量コンデンサ（静電容量素子）の静電容量変化に基づいて、キーＫｙの押下量を検出する押下量検出部としての機能を備える。
更に、主制御部４１は、押下量が後述する基準値Ｔｈ０に達するキーＫｙが存在する場合に、このキーＫｙのスキャン周期を短くするように制御する入力制御部としての機能を備えている。

【0024】

記憶部４４は、各キーＫｙに対しての記憶領域を有している。具体的には、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(m,n)に対応する電圧Ｖｋ(m,n)として記憶する。更に、記憶部４４には、後述するようにキーＫｙの押下速度を演算するための、タイマカウンタＴｃ(m,n)が設定されている。

【0025】

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、取得した電圧を記憶部４４に設定された各キーＫｙに対応する記憶領域に書き込む。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。また、上述したタイマカウンタＴｃ(m,n)に記憶されたカウント値に基づいて、キーＫｙの押下量が後述する第１閾値Ｔｈ１に達してから、第２閾値Ｔｈ２に達するまでの時間を測定する。即ち、記憶制御部４２は、所要時間測定部としての機能を備えている。

【0026】

なお、基準値Ｔｈ０、第１閾値Ｔｈ１、第２閾値Ｔｈ２は、任意に設定することができる。また、各キーＫｙ毎に、押下量と発生電圧の間にばらつきが存在する場合には、このばらつきを補正するために、各キー毎に上記の基準値Ｔｈ０、第１閾値Ｔｈ１、第２閾値Ｔｈ２を異なる数値とすることも可能である。

【0027】

出力インターフェース４３は、主制御部４１にて演算される各キーＫｙの押下量の情報をキーコードに変換し、ホストコンピュータ１６（図１参照）に送信する。ホストコンピュータ１６では、キーＫｙの押下量の時間的な変化に基づいて、押下速度を演算することができる。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

また、後述するように制御回路１５は、任意のキーＫｙにて発生電圧が基準値Ｔｈ０に達する押下量が検出された場合には、このキーＫｙのスキャン周期が短くなるようにスキャンの順序を変更する制御を実施する。例えば、基準値Ｔｈ０に達する押下量のキーＫｙについては４回毎にスキャンを実施するように制御する。

【0031】

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。なお、図４では、各ドライブラインＭについてそれぞれ１つのキーＫｙを記載しているが、実際には、図１に示すように、１つのドライブラインＭに対して、ｊ個のキーＫｙが設けられている。

【0032】

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、上記したように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。

【0033】

マルチプレクサ３１は、各キーＫｙ（Ｋｙ(1,1)〜Ｋｙ（i,j））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（接続点Ｐ１に生じる電圧）を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。具体的には、キーＫｙ(1,1)、Ｋｙ(1,2)、Ｋｙ(1,3)、・・Ｋｙ(1,j)、Ｋｙ(2,1)、Ｋｙ(2,2)、Ｋｙ(2,3)、・・Ｋｙ(2,j)、Ｋｙ(3,1)、・・・Ｋｙ(i,j)の順に電圧を出力する。

【0034】

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。

【0035】

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ジタル化し、このデジタルデータを制御回路１５に出力する。ピーク値のデジタルデータは、記憶部４４に記憶される。

【0036】

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、電極Ｑ１、Ｑ２間の静電容量が増加し電流が流れるので、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でデジタル化され、制御回路１５に出力される。つまり、キーＫｙの押下量に対して一次関数的に変化する電圧が検出される。

【0037】

主制御部４１は、デジタル化された電圧値を読み取ることにより、キーＫｙが押下されたか否かを判定する。また、ピークホールド回路３２で検出されるピーク値に基づいて、押下されたキーＫｙの押下量を検出する。そして、各キーＫｙについての押下情報をキーコードに変換し、出力インターフェース４３を介してホストコンピュータ１６に送信する。ホストコンピュータ１６では、キーＫｙの押下量の時間的な変化に基づいて、押下速度を演算する。

【0038】

［押下速度の検出方法の説明］
次に、キーＫｙを押下したときの、押下速度の検出方法について説明する。図５はキーＫｙが押下されたときの、時間経過に対する押下量の変化を示すグラフであり、直線ａ１は、キーＫｙを強い力で押下した場合、直線ａ２は相対的に弱い力で押下したときのキーＫｙに生じる電圧の変化を示している。なお、キーＫｙの押下量と、キーＫｙに発生する電圧は厳密には比例関係とならないが、ここでは便宜的に比例関係とする。即ち、図５の縦軸を「電圧（押下量）」としている。

【0039】

図５に示す直線ａ１では、キーＫｙの押下量が時刻ｔ１にて第１閾値Ｔｈ１に達し、時刻ｔ３にて第２閾値Ｔｈ２に達している。従って、ｔ１〜ｔ３の時間ΔＴ２１に基づいて押下速度を演算できる。一方、直線ａ２では、押下量が時刻ｔ２にて第１閾値Ｔｈ１に達し、時刻ｔ４にて第２閾値Ｔｈ２に達している。従って、ｔ２〜ｔ４の時間ΔＴ２２に基づいて押下速度を演算できる。

【0040】

しかし、前述した図１１、図１２で説明したように、各キーＫｙのスキャン周期が長いと、押下量が第１閾値Ｔｈ１及び第２閾値Ｔｈ２に達した時刻を高精度に検出できないことがある。本実施形態では、図５に示した第１閾値Ｔｈ１よりも低い基準値Ｔｈ０を設定し、押下量が基準値Ｔｈ０に達したキーＫｙが検出された際に、このキーＫｙのスキャン周期を短くする制御を行う。以下、詳細に説明する。

【0041】

上述したように、全てのキーＫｙを順繰りにスキャンする方法を採用すると、一のキーＫｙについて今回のスキャンから次回のスキャンまでの時間に、全てのキーＫｙについての１回のスキャンが実施されるので、長時間を要してしまう。例えば、全体のキー数が１００個である場合には、一のキーＫｙの今回のスキャンから、それ以外の９９回のスキャン後に一のキーＫｙの次回のスキャンが実施されることになる。本実施形態では、押下量が基準値Ｔｈ０に達したキーＫｙについてのスキャン周期を短くするために、スキャンの周期を４回毎とする。即ち、全体のキー数よりも少ない間隔でスキャンする。

【0042】

例えば、１回目のスキャンで、キーＫｙ(1,1)の押下量が基準値Ｔｈ０に達した場合には、Ｋｙ(1,1)、Ｋｙ(1,2)、Ｋｙ(1,3)、Ｋｙ(1,1)、Ｋｙ(1,4)、Ｋｙ(1,5)、Ｋｙ(1,6)、Ｋｙ(1,1)、Ｋｙ(1,7)、Ｋｙ(1,8)、Ｋｙ(1,9)、Ｋｙ(1,1)、・・・Ｋｙ(i,j)の順にスキャンする。つまり、キーＫｙ(1,1)については、短い周期（４回毎）でスキャンが実施されることになる。なお、本発明は、４回毎のスキャンに限定されない。

【0043】

図４に示す主制御部４１にて、ドライブ回路１１に出力するドライブ制御信号、及びマルチプレクサ３１に出力する切替制御信号を制御することにより、キーＫｙのスキャン周期が短くなるように制御する。また、複数（例えば、２個）のキーＫｙが押下され基準値Ｔｈ０に達した場合には、押下された全てのキーＫｙのスキャン周期を短くする。

【0044】

［処理手順の説明］
以下、図６、図７に示すフローチャートを参照して、本実施形態に係る静電容量式キーボード装置１０の具体的な処理手順について説明する。初めに、図６のステップＳ１１において、主制御部４１は、演算に用いる各パラメータを初期化する。また、上述した基準値Ｔｈ０、第１閾値Ｔｈ１、及び第２閾値Ｔｈ２を設定する。この処理は、図４に示した主制御部４１に予め設定されているか、或いは、操作者が初期入力操作により設定することができる。更に、後述するタイマカウンタＴｃ(m,n)の値を全て０に設定し、図１に示すドライブライン（行数）を示す符号ｍ、センシングライン（列数）を示す符号ｎをそれぞれ「１」とし、更に、今回のスキャンと次回のスキャンのインターバルのスキャン回数（詳細は後述）を示す符号Ｌを「０」に設定する。

【0045】

ステップＳ１２において、主制御部４１は、ドライブ制御信号を出力して各ドライブラインＭ-1〜Ｍ-iに印加する電圧を順次「Ｈ」レベルに切り替え、センシング回路１２で検出される電圧を測定する。更に、測定した電圧を、キーＫｙに対応させて記憶部４４に記憶する。具体的には、ｍ行、ｎ列のキーＫｙ(m,n)にて検出された電圧Ｖｋ(m,n)を記憶部４４に記憶する。初期的には、ｍ＝１、ｎ＝１であるから、キーＫｙ(1,1)にて検出された電圧Ｖｋ(1,1)を、記憶部４４に設定した記憶領域に記憶する。

【0046】

ステップＳ１３において、電圧Ｖｋ(m,n)と基準値Ｔｈ０を比較する。「Ｖｋ(m,n)＜Ｔｈ０」である場合には、キーＫｙ(m,n)は押下されていないものと判断し、ステップＳ１４において、Ｆ０(m,n)、Ｆ１(m,n)をそれぞれ「０」に設定する。Ｆ０(m,n)は、キーＫｙの押下量が基準値Ｔｈ０に達したことを示すパラメータ、Ｆ１(m,n)は、キーＫｙの押下量が第２閾値Ｔｈ２に達したことを示すパラメータである。一方、「Ｖｋ(m,n)≧Ｔｈ０」である場合には、キーＫｙ(m,n)は押下されたものと判断し、ステップＳ１５において、Ｆ０(m,n)を「１」に設定する。

【0047】

ステップＳ１６において、主制御部４１はインターバルのスキャン回数を示すパラメータＬをインクリメントし（Ｌ＝Ｌ＋１とし）、更に、ステップＳ１７において、「Ｌ＝３」であるか否かを判断する。「Ｌ＝３」である場合には、ステップＳ１８において高速スキャンを実施する。「Ｌ＝３」でなければ、高速スキャンを実施せずにステップＳ２０に処理を進める。「高速スキャン」とは、ステップＳ５１〜ステップＳ６３までの処理手順を指しており、全てのキーＫｙを順繰りにスキャンする通常スキャンに割り込んで、基準値Ｔｈ０に達したキーＫｙについての電圧測定を含む処理のことである。

【0048】

以下、図７に示すフローチャートを参照して、図６のステップＳ１８に示す高速スキャンの処理手順について説明する。初めに、図７のステップＳ５１において、行数を示す符号ｍ’、列数を示す符号ｎ’を初期化する。即ち、「ｍ’＝１」、「ｎ’＝１」とする。なお、図７では、図６のフローチャートで使用したｍ、ｎと区別するために、各符号ｍ、ｎに「’」を付して示している。

【0049】

ステップＳ５２において、主制御部４１は、対象となるキーＫｙについて、「Ｆ０(m',n')＝１」であるか否かを判断する。図６に示したステップＳ１５の処理が実行されている場合、即ち、キーＫｙ(m',n')が押下されて電圧が基準値Ｔｈ０に達した場合に、ステップＳ５２にてＹＥＳ判定となり、ステップＳ５３に処理を進める。一方、ＮＯ判定の場合には、対象となるキーＫｙについてはスキャンを行わず、ステップＳ６０に処理を進める。

【0050】

ステップＳ５３において、主制御部４１は、「Ｆ１(m',n')＝１」であるか否かを判断する。上述したように、Ｆ１(m,n)は押下量が第２閾値Ｔｈ２に達したときに「１」となるので、初期的には「０」であり、ＮＯ判定となって、ステップＳ５４に処理を進める。

【0051】

ステップＳ５４において、主制御部４１は、キーＫｙ(m',n')に生じる電圧Ｖｋ(m',n')の測定を実施する。この処理では、キーＫｙ(1,1)、Ｋｙ(1,2)、・・のように、各キーＫｙに生じる電圧を順繰りに測定することになるが、実際には、図６のＳ１３で押下が検出されたキーＫｙについてのみ電圧検出を実行するので、短時間での実施が可能である。即ち、図６のＳ１２に示した処理と対比して、図７のＳ５４に示した処理は、処理時間が極めて短い。

【0052】

ステップＳ５５において、キーＫｙ(m',n')にて検出された電圧Ｖｋ(m',n')が第１閾値Ｔｈ１以上であるか否かを判断する。第１閾値Ｔｈ１に達していない場合には（ステップＳ５５でＮＯ）、ステップＳ６０に処理を進める。即ち、電圧が第１閾値Ｔｈ１に達しない場合には押下速度を演算する必要が無いので、後述するステップＳ５６〜Ｓ５９の処理を実施しない。

【0053】

一方、第１閾値Ｔｈ１以上である場合には（ステップＳ５５でＹＥＳ、後述する図９のｔ７に対応）、ステップＳ５６において、キーＫｙ(m',n')についてのタイマカウンタＴｃ(m',n')をインクリメントする。上述したように、タイマカウンタＴｃ(m',n')は、初期的には「０」である。

【0054】

ステップＳ５７において、主制御部４１は、キーＫｙ(m',n')にて検出された電圧Ｖｋ(m',n')が第２閾値Ｔｈ２以上であるか否かを判断する。第２閾値Ｔｈ２に達していない場合には（ステップＳ５７でＮＯ）、ステップＳ６０に処理を進める。第２閾値Ｔｈ２以上である場合には（ステップＳ５７でＹＥＳ、図９のｔ２２に対応）、ステップＳ５８に処理を進める。

【0055】

ステップＳ５８において、主制御部４１は、キーＫｙ(m',n')についてのタイマカウンタＴｃ(m',n')を、図４に示す出力インターフェース４３より、ホストコンピュータ１６に出力する。ホストコンピュータ１６では、タイマカウンタＴｃ(m',n')に基づいて、キーＫｙ(m',n')が押下されたときの押下速度を演算する。即ち、キーＫｙを押下することにより生じる電圧が第１閾値Ｔｈ１から第２閾値Ｔｈ２に達するまでの時間が検出されるので、キーＫｙを押下する際の押下速度を算出することができる。

【0056】

ステップＳ５９において、主制御部４１は、タイマカウンタＴｃ(m',n')を「０」とし、パラメータＦ１(m',n')を「１」とする。パラメータＦ１(m',n')を「１」とすることにより、次回の処理では、図７のステップＳ５３にてＹＥＳ判定となり、電圧の測定は行われない。

【0057】

ステップＳ６０において、主制御部４１は、ｍ’をインクリメントする。ステップＳ６１において、主制御部４１は、ｍ’がｉ＋１（ｉは行数）となったか否かを判断する。つまり、最終行に達したか否かを判断する。ｍ’＝ｉ＋１でなければ（ステップＳ６１でＮＯ）、ステップＳ５２に処理を戻す。 ｍ’＝ｉ＋１であれば（ステップＳ６１でＹＥＳ）、ステップＳ６２に処理を進める。

【0058】

ステップＳ６２において、主制御部４１は、ｍ’を「１」とし、ｎ’をインクリメントする。ステップＳ６３において、主制御部４１は、ｎ’がｊ＋１（ｊは列数）となったか否かを判断する。つまり、最終列に達したか否かを判断する。ｎ’＝ｊ＋１でなければ（ステップＳ６３でＮＯ）、ステップＳ５２に処理を戻す。ｎ’＝ｊ＋１であれば（ステップＳ６３でＹＥＳ）、図６のステップＳ１９に処理を進める。

【0059】

図６のステップＳ１９において、主制御部４１は、「Ｌ＝０」とし、ステップＳ２０に処理を進める。
ステップＳ２０において、主制御部４１は、ｍをインクリメントし、更に、ステップＳ２１において、ｍ＝ｉ＋１であるか否かを判断する。ｍ＝ｉ＋１でなければ（ステップＳ２１でＮＯ）、ステップＳ１２に処理を戻し、ｍ＝ｉ＋１であれば（ステップＳ２１でＹＥＳ）、ステップＳ２２に処理を進める。

【0060】

ステップＳ２２において、主制御部４１は、ｍを「１」とし、ｎをインクリメントする。ステップＳ２３において、主制御部４１は、ｎがｊ＋１となったか否かを判断する。つまり、最終列に達したか否かを判断する。ｎ＝ｊ＋１でなければ（ステップＳ２３でＮＯ）、ステップＳ１２に処理を戻す。ｎ＝ｊ＋１であれば（ステップＳ２３でＹＥＳ）、ステップＳ２４において、ｎをインクリメントし、ステップＳ１２に処理を戻す。
こうして、各ドライブラインＭ、センシングラインＮをスキャンし、電圧値が基準値Ｔｈ０に達したキーＫｙの押下量を短い周期（４回のスキャン毎）で測定して、押下速度を演算することができる。

【0061】

図８は、時間経過と任意のキーＫｙに生じる電圧との関係、及び上述したパラメータＦ０、Ｆ１、タイマカウンタＴｃの変化を示すグラフである。
図８（ａ）に示すように、任意のキーＫｙが押下されると、このキーＫｙに生じる電圧が徐々に増加し、その後キーが離されると徐々に低下するように変化する。時刻ｔ３１にて電圧が基準値Ｔｈ０に達すると、図８（ｂ）に示すように、パラメータＦ０を「０」から「１」に切り替える。即ち、図６のステップＳ１５の処理が実行される。

【0062】

時刻ｔ３２にて電圧が第１閾値Ｔｈ１に達すると、図８（ｄ）に示すように、タイマカウンタＴｃがカウントを開始する。即ち、図７のステップＳ５６の処理が実行される。
時刻ｔ３３にて電圧が第２閾値Ｔｈ２に達すると、図８（ｃ）、（ｄ）に示すように、パラメータＦ１を「０」から「１」に切り替える。更に、タイマカウンタＴｃがカウントを終了する。即ち、図７のステップＳ５９の処理が実行される。このときのタイマカウント値Ｘ１は、キーＫｙの押下量が第１閾値Ｔｈ１から第２閾値Ｔｈ２に達するまでの所要時間を示すから、キーＫｙの押下速度に対応する。このタイマカウント値は図４に示す出力インターフェース４３よりホストコンピュータ１６に出力される。

【0063】

時刻ｔ３４にて電圧が基準値Ｔｈ０未満まで低下すると、パラメータＦ０、Ｆ１をそれぞれ「０」とする。即ち、図６のステップＳ１４の処理が実行される。次に、時刻ｔ３５にてキーＫｙが再度押下され押下量が基準値Ｔｈ０に達するまで維持される。こうして、タイマカウント値Ｘ１が求められ、ホストコンピュータ１６に送信されるので、該ホストコンピュータ１６では、キーＫｙを押下したときの押下速度を演算することができる。

【0064】

次に、上記の処理を実施したことによる、キーＫｙのスキャンタイミングと電圧の変化について図９に示すグラフを参照して説明する。
図９は、キーＫｙ(1,1)が押下されたときのスキャンのタイミングと、押下により生じる電圧の変化を示す特性図である。図６のステップＳ１７の処理でＬ＝３としたことにより、３回のインターバル（即ち、４回毎）に、キーＫｙ(1,1)のスキャンが実施されることになる。このため、図９に示すように時刻ｔ２、ｔ３、・・・ｔ２２、ｔ２３のタイミングでスキャンが実施されている。前述した図５に示したスキャン周期と対比して、スキャン周期が短くなっていることが理解される。このため、図９に示す時刻ｔ２にて電圧が基準値Ｔｈ０に達し、時刻ｔ７にて電圧が第１閾値Ｔｈ１に達し、更に、時刻ｔ２２にて電圧が第２閾値Ｔｈ２に達したことを検出できる。

【0065】

このため、キーＫｙ(1,1)の押下量が第１閾値Ｔｈ１に達してから第２閾値Ｔｈ２となるまでの時間ΔＴを高精度に検出することが可能となる。ひいては、キーＫｙ(1,1)を押下したときの押下速度を高精度に演算することが可能となる。

【0066】

このようにして、第１実施形態に係る静電容量式キーボード装置１０では、複数のキーＫｙを順繰りにスキャンし、一のキーＫｙ（上述の例では、キーＫｙ(1,1)）の押下量が基準値Ｔｈ０に達したことが検出された場合には、このキーＫｙについて、スキャン周期を短くしている。具体的には、４回のスキャン毎にこのキーＫｙのスキャンを実施している。従って、押下量検出の分解能が向上し、キーＫｙの押下量が第１閾値Ｔｈ１に達した時刻、及び第２閾値Ｔｈ２に達した時刻を高精度に検出することができる。その結果、押下速度を高精度に演算でき、ＭＩＤＩ鍵盤として用いる場合に極めて有用である。

【0067】

また、キーＫｙの押下量が第２閾値Ｔｈ２に達した場合には、その後、このキーＫｙについて高速スキャン内の電圧の測定並びにカウンタタイマのインクリメントを行わない。即ち、キーＫｙの押下量（電圧値）が第２閾値Ｔｈ２に達した場合には、図７のステップＳ５７でＹＥＳ判定となり、その後、ステップＳ５９の処理でパラメータＦ１が「１」に設定される。このため、次回のスキャンでは、ステップＳ５３の処理でＹＥＳ判定となり、ステップＳ５４の電圧の測定並びにステップＳ５６のカウントタイマのインクリメントを行わない。従って、不要な演算が行われることを防止でき、演算負荷を軽減できる。
次に、キーＫｙが離され押下量が減っても、パラメータＦ１が「１」に設定されているので、上記状態が維持される。更に、キーＫｙの押下量が基準値Ｔｈ０未満まで一旦低下し、再度基準値Ｔｈ０に達するまで維持される。

【0068】

［第２実施形態の説明］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。装置構成は、図１、図４に示したものと同様であるので、構成説明を省略する。第２実施形態では、前述した第１閾値Ｔｈ１、第２閾値Ｔｈ２に加えて、第２閾値Ｔｈ２よりも大きい第３閾値Ｔｈ３を設定している点で、前述した第１実施形態と相違する。即ち、キーＫｙの押下量の閾値を３以上設定している。

【0069】

図１０は、キーＫｙ(1,1)の押下量が基準値Ｔｈ０に達し、更に、第１閾値Ｔｈ１，第２閾値Ｔｈ２、第３閾値Ｔｈ３に達したときの、スキャンタイミングを示すグラフである。具体的には、時刻ｔ２にて基準値Ｔｈ０に達し、時刻ｔ７にて第１閾値Ｔｈ１に達し、時刻ｔ１４にて第２閾値Ｔｈ２に達し、時刻ｔ２２にて第３閾値Ｔｈ３に達した場合を示している。

【0070】

この場合には、時刻ｔ７〜ｔ１４までの時間ΔＴ１、時刻ｔ１４〜ｔ２２までの時間ΔＴ２、及び時刻ｔ７〜ｔ２２までの時間ΔＴ３を検出できる。即ち、複数の閾値間の所要時間を測定できる。従って、時間ΔＴ１、ΔＴ２、ΔＴ３のうちのいずれか一つを選択して押下速度を求めることができる。

【0071】

本発明の第２実施形態により、例えば、押下量がＴｈ０→Ｔｈ１→Ｔｈ２→Ｔｈ３の順に大きくなり、その後、Ｔｈ１とＴｈ２の間の押下量に戻され、再度Ｔｈ２→Ｔｈ３を超えるように変化することが有る。このような場合には、Ｔｈ２とＴｈ３との間の時間であるΔＴ２を用いて押下速度を求めることにより、アコースティックピアノの連打感を表現することが可能となる。

【0072】

このように、第２実施形態に係る静電容量式キーボード装置では、第１、第２閾値に加えて、第３閾値Ｔｈ３を設定することにより、より汎用性に富む押下速度の演算が可能になる。このため、ＭＩＤＩ機器用の鍵盤として用いる場合には、楽器の種別に応じてより楽器自体の音源に近づけた音色を出力することが可能となる。

【0073】

［第３実施形態の説明］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。装置構成は、図１、図４に示したものと同様であるので、構成説明を省略する。第３実施形態では、一のキーＫｙが押下され押下速度を演算しているときに、他のキーＫｙが押下された場合の、スキャン順序を変更する。

【0074】

キーＫｙ(1,1)、Ｋｙ(1,2)の２キーが押下され、押下量が基準値Ｔｈ０に達した場合には、スキャン順序は以下のようになる。
Ｋｙ(1,1)、Ｋｙ(1,2)、Ｋｙ(1,3)、Ｋｙ(1,1)、Ｋｙ(1,2)、Ｋｙ(1,4)、Ｋｙ(1,5)、Ｋｙ(1,6)、Ｋｙ(1,1)、Ｋｙ(1,2)、・・・Ｋｙ(2,1)、Ｋｙ(1,1)、Ｋｙ(1,2)、Ｋｙ(2,2)、Ｋｙ(2,3)、Ｋｙ(2,4)、Ｋｙ(1,1)、Ｋｙ(1,2)、・・・Ｋｙ(m,n)
つまり、複数のキーＫｙが押下された場合には、これ以外のキーＫｙが３回スキャンされる毎に、押下されたキーＫｙのスキャンを実行する。こうすることにより、複数のキーＫｙが押下された場合でも、押下されたキーＫｙのスキャン周期を短くして、高精度な押下速度演算を行うことができる。

【0075】

以上、本発明の静電容量式キーボード装置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。

【0076】

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。

【0077】

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。

【符号の説明】

【0078】

１０ 静電容量式キーボード装置
１１ ドライブ回路
１２ センシング回路
１５ 制御回路
１６ ホストコンピュータ
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 出力インターフェース
４４ 記憶部
Ｑ１，Ｑ２ 電極
Ｒ１ 抵抗
Ｒ２ 抵抗
ＳＷ スイッチ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】