位置センサ
【課題】複数のスイッチのオン・オフ状態を特定して、押されたスイッチの位置を検出することができ、且つスイッチの数が増えても入出力ポート数が増加することのない位置センサを得る。
【解決手段】直列接続され、互いに抵抗値の異なる複数の抵抗素子Ｒと、各抵抗素子に対しそれぞれ設けられ、対応する抵抗素子の抵抗負荷をオン・オフする複数のスイッチＳＷと、前記直列接続された複数の抵抗素子の両端間に所定の定電流を供給する定電流供給手段２と、前記直列接続された複数の抵抗素子の両端間における電圧値を測定する電圧測定手段３とを備え、前記複数の抵抗素子の抵抗値は等比数列状に異なり、前記複数のスイッチのオン・オフ状態の全ての組み合わせにおいて、前記複数の抵抗素子の合成抵抗値が互いに異なる。
【解決手段】直列接続され、互いに抵抗値の異なる複数の抵抗素子Ｒと、各抵抗素子に対しそれぞれ設けられ、対応する抵抗素子の抵抗負荷をオン・オフする複数のスイッチＳＷと、前記直列接続された複数の抵抗素子の両端間に所定の定電流を供給する定電流供給手段２と、前記直列接続された複数の抵抗素子の両端間における電圧値を測定する電圧測定手段３とを備え、前記複数の抵抗素子の抵抗値は等比数列状に異なり、前記複数のスイッチのオン・オフ状態の全ての組み合わせにおいて、前記複数の抵抗素子の合成抵抗値が互いに異なる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のスイッチを備える位置センサに関し、特に各スイッチのオン・オフ状態を特定して、押されたスイッチの位置を容易に検出することができ、且つスイッチの数が増えても入出力ポート数が増加することのない位置センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
電化製品等には、例えば、導電シートと絶縁シートとを積層してなる薄型のシートスイッチが数多く用いられている。一枚のシートスイッチに設けるスイッチの数が多い場合、例えば図７に示すように複数のスイッチをマトリクス状に配置し、列方向と行方向とで信号線を共用する回路構成が多く採用されている。
【０００３】
図７に示す回路の一例では、３本の入力信号線Ａ（入力ポートＡ１〜Ａ３）と、３本の出力信号線Ｂ（出力ポートＢ１〜Ｂ３）とがマトリックス状に配置される。また、各入力信号線Ａと各出力信号線Ｂとの交差位置にスイッチＳｎ（ｎ＝１〜９）が配置される。
そして、例えば、入力ポートＡ１〜Ａ３に順に所定の入力信号が入力され、各入力信号に対応する出力信号のパターンを出力ポートＢ１〜Ｂ３において検出することにより、押されたスイッチＳｎが特定される（キーマトリクススキャン方式と呼ぶ）。
尚、このようなキーマトリクススキャン方式を用いるキースイッチの構成は特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１８７０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記のようなキーマトリクススキャン方式の回路構成にあっては、スイッチの数が増えるほど入出力ポートの数も増加し、スイッチＳｎの数が多い場合には配線が煩雑となり、装置内のスペースを圧迫するという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記の技術的課題を解決するためになされたものであり、複数のスイッチを有する位置センサにおいて、各スイッチのオン・オフ状態を特定して、押されたスイッチの位置を容易に検出することができ、且つスイッチの数が増えても入出力ポート数が増加することのない位置センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた本発明に係る位置センサは、直列接続され、互いに抵抗値の異なる複数の抵抗素子と、各抵抗素子に対しそれぞれ設けられ、対応する抵抗素子の抵抗負荷をオン・オフする複数のスイッチと、前記直列接続された複数の抵抗素子の両端間に所定の定電流を供給する定電流供給手段と、前記直列接続された複数の抵抗素子の両端間における電圧値を測定する電圧測定手段とを備え、前記複数の抵抗素子の抵抗値は等比数列状に異なり、前記複数のスイッチのオン・オフ状態の全ての組み合わせにおいて、前記複数の抵抗素子の合成抵抗値が互いに異なることに特徴を有する。
また、前記電圧測定手段により測定された電圧値を前記スイッチの数に応じたビット数の２進数に変換し、変換した値の各位を各スイッチに割り当てることにより前記複数のスイッチのオン・オフ状態を特定するスイッチ特定手段を備えることが望ましい。
或いは、前記複数のスイッチによるオン・オフ状態の組み合わせと、前記組み合わせ毎に前記直列接続された複数の抵抗素子の両端間に生じる電圧の値が予め記録されたテーブルを記憶する記憶手段と、前記電圧測定手段により測定された電圧値に基づき、前記テーブルを参照して前記複数のスイッチによるオン・オフ状態の組み合わせを特定するスイッチ特定手段とを備えてもよい。
【０００８】
このように構成することにより、複数のスイッチのオン・オフ動作の全ての組み合わせにおいて、前記複数の抵抗素子の合成抵抗値は互いに異なり、その合成抵抗値に所定の定電流を供給した際の電圧値に基づき、押されたスイッチの位置を容易に検出することができる。
また、この構成によれば、スイッチの数に拘わらず、直列接続された複数の抵抗素子の両端間、即ち２つの端子間の電圧値を測定すればよく、スイッチの数が増えても入出力ポート数は増やす必要がない。
【０００９】
また、上記課題を解決するためになされた本発明に係る位置センサは、Ｘ軸方向に直列接続され、互いに抵抗値の異なる複数の第１抵抗素子と、前記Ｘ軸に交差するＹ軸方向に直列接続され、互いに抵抗値の異なる複数の第２抵抗素子と、Ｘ軸方向とＹ軸方向の２次元マトリクス状に配置されると共に、前記第１抵抗素子及び第２抵抗素子に対し共通に設けられ、それぞれ対応する抵抗素子の抵抗負荷をオン・オフする複数のスイッチと、前記直列接続された複数の第１抵抗素子の両端間に所定の定電流を供給する第１の定電流供給手段と、前記直列接続された複数の第１抵抗素子の両端間における電圧値を測定する第１の電圧測定手段と、前記直列接続された複数の第２抵抗素子の両端間に所定の定電流を供給する第２の定電流供給手段と、前記直列接続された複数の第２抵抗素子の両端間における電圧値を測定する第２の電圧測定手段とを備え、前記複数の第１抵抗素子の抵抗値、及び前記複数の第２抵抗素子の抵抗値は、それぞれ等比数列状に異なり、前記複数のスイッチのオン・オフ状態の全ての組み合わせにおいて、前記複数の第１抵抗素子の合成抵抗値と前記複数の第２抵抗素子の合成抵抗値との組み合わせが互いに異なることに特徴を有する。
また、前記第１の電圧測定手段により測定された電圧値を前記複数のスイッチの列数に応じたビット数の２進数に変換し、変換した値の各位を前記列毎に前記複数のスイッチに割り当てると共に、前記第２の電圧測定手段により測定された電圧値を前記複数のスイッチの行数に応じたビット数の２進数に変換し、変換した値の各位を前記行毎に前記複数のスイッチに割り当て、各スイッチについて前記割り当てられた値の否定論理和を求めることにより前記複数のスイッチのオン・オフ状態を特定するスイッチ特定手段を備えることが望ましい。
或いは、前記複数のスイッチによるオン・オフ状態の組み合わせと、前記組み合わせ毎に前記直列接続された第１抵抗素子の両端間における電圧値と、前記直列接続された第２抵抗素子の両端間における電圧値とが予め記録されたテーブルを記憶する記憶手段と、前記第一及び第二の電圧測定手段によりそれぞれ測定された電圧値に基づき、前記テーブルを参照して前記複数のスイッチによるオン・オフ状態の組み合わせを特定するスイッチ特定手段とを備えてもよい。
【００１０】
このように構成することにより、複数のスイッチのオン・オフ動作の全ての組み合わせにおいて、前記複数の第１抵抗素子の合成抵抗値と複数の第２抵抗素子の合成抵抗値との組み合わせは互いに異なり、各合成抵抗値に所定の定電流を供給した際の電圧値に基づき、押されたスイッチの位置を容易に検出することができる。
また、この構成によれば、スイッチの数に拘わらず、直列接続された複数の第１抵抗素子の両端間の電圧値、及び直列接続された複数の第２抵抗素子の両端間の電圧値を測定すればよい。
即ち、スイッチ数に拘わらず、合計４つの端子を用いて２カ所の電圧値を測定すればよく、スイッチの数が増えても入出力ポート数は増やす必要がない。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、複数のスイッチを有する位置センサにおいて、各スイッチのオン・オフ状態を特定して、押されたスイッチの位置を容易に検出することができ、且つスイッチの数が増えても入出力ポート数が増加することのない位置センサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明に係る位置センサの第１の実施の形態の回路構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１の位置センサが備えるスイッチ特定手段の動作を説明するためのテーブルである。
【図３】図３は、図１の位置センサにおいて、記憶手段に記憶可能なルックアップテーブルの一例である。
【図４】図４は、本発明に係る位置センサの第２の実施の形態の回路構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、図４の位置センサが備えるスイッチ特定手段の動作を説明するためのテーブルである。
【図６】図６は、図４の位置センサにおいて、記憶手段に記憶可能なルックアップテーブルの一例である。
【図７】図７は、従来のマトリクス状に配置されたスイッチ回路の構成例である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る位置センサの実施の形態について図面に基づき説明する。図１は、本発明に係る位置センサの第１の実施の形態の回路構成を示すブロック図である。
図１に示すように、この位置センサ１は、抵抗値が等比数列状に異なる複数の抵抗素子Ｒ（本実施形態では抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４とする）が直列に接続され、その両端の端子Ｔ１，Ｔ２から定電流源２（定電流供給手段）により所定の定電流が供給可能となされている。尚、本実施形態では、定電流値＝１ｍＡ、抵抗Ｒ１＝１ｋΩ、抵抗Ｒ２＝２ｋΩ、抵抗Ｒ３＝４ｋΩ、抵抗Ｒ４＝８ｋΩとしている。
【００１４】
また、各抵抗素子Ｒについて、その抵抗負荷をオン・オフするためのスイッチＳＷ（ＳＷ１〜ＳＷ４）が設けられている。即ち、抵抗Ｒ１にはスイッチＳＷ１が設けられ、抵抗Ｒ２にはスイッチＳＷ２が設けられている。また、抵抗Ｒ３にはスイッチＳＷ３が設けられ、抵抗Ｒ４にはスイッチＳＷ４が設けられている。尚、本実施形態では、各スイッチＳＷは例えばシートスイッチに用いられる押しボタンスイッチとし、押すとオン状態、離すとオフ状態になるものとする。
【００１５】
このように位置センサ１においては、直列接続された複数の抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４のそれぞれに対し、その抵抗負荷をオン・オフするスイッチＳＷ１〜ＳＷ４が設けられ、抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値が等比数列状に異なるように設定されている。
そのため、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４のオン・オフ動作の全ての組み合わせにおいて、抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４による合成抵抗値は互いに異なるものとなる。
例えば、スイッチＳＷ２のみが押されている場合、合成抵抗値は１３ｋΩであり、スイッチＳＷ３，ＳＷ４が同時に押されている場合、合成抵抗値は３ｋΩである。
【００１６】
また、前記端子Ｔ１，Ｔ２間には、前記スイッチＳＷ１〜ＳＷ４、及び抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４と並列に、温度補償用抵抗素子Ｒｔが設けられている。この温度補償用抵抗素子Ｒｔは、抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４が例えば負の温度係数を有するとすれば、それを相殺するように正の温度係数を有している。
この温度補償用抵抗素子Ｒｔが設けられることにより、抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４の合成抵抗値と定電流に基づく電圧を安定して出力することができる。
【００１７】
また、この位置センサ１は、前記端子Ｔ１，Ｔ２間の電圧値を測定する電圧測定手段３と、電圧測定手段３により測定された電圧値に基づいてスイッチＳＷ１〜ＳＷ４のいずれが押圧されたかを特定するスイッチ特定手段４とを備えている。
スイッチ特定手段４は、例えばマイコン（マイクロコンピュータ）により構成され、例えば不揮発性メモリからなる記憶手段５を有している。記憶手段５には、例えばスイッチ特定プログラムＰ１が記憶され、これが実行されることにより複数のスイッチＳＷのオン・オフ状態を特定するように構成されている。
前記スイッチ特定プログラムＰ１が実行されると、スイッチ特定手段４は、電圧測定手段３から入力された電圧値を図２に示すようにスイッチＳＷの数に合わせたビット数、即ち４ビットの２進数に変換する。そして、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４をそれぞれビットに見立て、それに前記２進数表現された電圧値を割り当てることにより、各スイッチＳＷのオン・オフを特定するようになっている。尚、本実施形態では、値０がスイッチオン状態、値１がスイッチオフ状態としている。
【００１８】
このように構成された位置センサ１において、例えば、スイッチＳＷ１のみが押された場合（スイッチＳＷ１のみがオン状態）、直列接続された抵抗Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の合成抵抗（１４ｋΩ）に対し定電流（１ｍＡ）が供給される。このため、電圧測定手段３により測定される電圧値は１４Ｖとなる。
スイッチ特定手段４は、この測定値１４Ｖを４ビットの２進数に変換し、変換した値（１１１０）の各位を図２に示すようにスイッチＳＷ１〜ＳＷ４にそれぞれ割り当てる（ＳＷ１を１の位とする）。その結果、スイッチＳＷ１が０、スイッチＳＷ２〜ＳＷ４が１となり、スイッチ特定手段４はスイッチＳＷ１のみが押されたパターンであると特定する。
また、例えば、スイッチＳＷ２とスイッチＳＷ４とが同時に押された場合（スイッチＳＷ２，ＳＷ４がオン状態）、直列接続された抵抗Ｒ１、Ｒ３の合成抵抗（５ｋΩ）に対し定電流（１ｍＡ）が供給される。このため、電圧測定手段３により測定される電圧値は５Ｖとなる。
スイッチ特定手段４は、この測定値５Ｖを４ビットの２進数に変換し、変換した値（０１０１）の各位を図２に示すようにスイッチＳＷ１〜ＳＷ４にそれぞれ割り当てる（ＳＷ１を１の位とする）。その結果、スイッチＳＷ１，ＳＷ３が１、スイッチＳＷ２，ＳＷ４が０となり、スイッチ特定手段４はスイッチＳＷ２，ＳＷ４が押されたパターンであると特定する。
【００１９】
以上のように本発明に係る第１の実施の形態によれば、位置センサ１は、直列に接続されて、抵抗値が等比数列状に異なる複数の抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４と、各抵抗素子に対し設けられ、対応する抵抗素子の抵抗負荷をオン・オフするスイッチＳＷ１〜ＳＷ４とを備える。
この構成により、複数のスイッチのオン・オフ動作の全ての組み合わせにおいて、前記複数の抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４の合成抵抗値は互いに異なり、その合成抵抗値に所定の定電流を供給した際の電圧値に基づき、押されたスイッチＳＷの位置を確実に検出することができる。
また、この構成によれば、スイッチＳＷの数に拘わらず、２つの端子Ｔ１，Ｔ２間の電圧値を測定すればよく、スイッチＳＷの数が増えても入出力ポート数を増やす必要がない。
【００２０】
尚、前記第１の実施の形態にあっては、４つの抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４を設けた構成としたが、抵抗素子の数は４つに限定されるものではない。例えば、８つの抵抗素子（８つのスイッチ）を直列に接続する等、より多くのスイッチを設けた場合のスイッチ特定（押されたスイッチの検出）にも対応することができる。
【００２１】
また、前記第１の実施の形態にあっては、電圧測定手段３により測定された電圧値を２進数として、各位を各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４に割り当てるものとしたが、その形態に限定されるものではない。
例えば、図３に示すようなルックアップテーブル２０を予め記憶手段５に記憶しておき、スイッチ特定手段４が、これを参照することによりスイッチＳＷ１〜４のオン・オフ状態を特定するようにしてもよい。
即ち、ルックアップテーブル２０には、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４のうち、１つまたは複数のスイッチを押した際に生じ得る組み合わせのパターン１〜１６と、そのときの端子Ｔ１，Ｔ２間の電圧値が予め記録されている。このため、スイッチ特定手段４は、入力された端子Ｔ１，Ｔ２間の電圧測定値に基づき前記ルックアップテーブル２０を参照し、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４のオン・オフ状態を特定することができる。
【００２２】
続いて、本発明に係る第２の実施の形態について説明する。図４は、本発明に係る位置センサの第２の実施の形態の回路構成を示すブロック図である。
図４に示すように、位置センサ１は、Ｘ軸方向に直列に接続された複数の抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４（第１抵抗素子）と、Ｙ軸方向に直列に接続された複数の抵抗素子Ｒｙ１〜Ｒｙ４（第２抵抗素子）とを備える。各抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４の抵抗値は、等比数列状に異なるように設定されている（具体的にはＲｘ１＝１ｋΩ、Ｒｘ２＝２ｋΩ、Ｒｘ３＝４ｋΩ、Ｒｘ４＝８ｋΩ）。また、各抵抗素子Ｒｙ１〜Ｒｙ４の抵抗値も、等比数列状に異なるように設定されている（具体的にはＲｙ１＝１ｋΩ、Ｒｙ２＝２ｋΩ、Ｒｙ３＝４ｋΩ、Ｒｙ４＝８ｋΩ）。
【００２３】
また、前記複数の抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４と並列に（即ち端子Ｔｘ１，Ｔｘ２間に）、温度補償用抵抗素子Ｒｘｔが設けられ、前記複数の抵抗素子Ｒｙ１〜Ｒｙ４と並列に（即ち端子Ｔｙ１，Ｔｙ２間に）、温度補償用抵抗素子Ｒｙｔが設けられている。これら温度補償用抵抗素子Ｒｘｔ，Ｒｙｔは、抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４、Ｒｙ１〜Ｒｙ４が例えば負の温度係数を有するとすれば、それを相殺するように正の温度係数を有している。
これら温度補償用抵抗素子Ｒｘｔ，Ｒｙｔが設けられることにより、抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４、Ｒｙ１〜Ｒｙ４の各合成抵抗値と定電流に基づく電圧を安定して出力することができる。
【００２４】
また、前記複数の抵抗素子Ｒｘと複数の抵抗素子Ｒｙとに対し共通に設けられ、それぞれ対応する抵抗素子の抵抗負荷をオン・オフするための複数のスイッチＳＷ（ｘ、ｙ）（ｘ＝１〜４，ｙ＝１〜４）がＸ軸方向とＹ軸方向の２次元マトリクス状に配置されている。尚、本実施形態においては、各スイッチＳＷ（ｘ、ｙ）は例えばシートスイッチに用いられる押しボタンスイッチとし、押すとオン状態、離すとオフ状態になるものとする。また、各スイッチＳＷ（ｘ、ｙ）には、双極単投スイッチが用いられる。この双極単投スイッチを用いることにより、対応する抵抗素子Ｒｘと抵抗素子Ｒｙの抵抗負荷のオン・オフ動作を同時に行うことができる。
【００２５】
このように位置センサ１においては、直列接続された複数の抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４、及びＲｙ１〜Ｒｙ４のそれぞれに対し、その抵抗負荷をオン・オフするスイッチＳＷ（１，１）〜ＳＷ（４，４）が設けられている。また、抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４の抵抗値、並びに抵抗素子Ｒｙ１〜Ｒｙ４の抵抗値がそれぞれ等比数列状に異なるように設定されている。
そのため、スイッチＳＷ（１，１）〜ＳＷ（４，４）のオン・オフ動作の全ての組み合わせにおいて、抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４による合成抵抗値と、抵抗素子Ｒｙ１〜Ｒｙ４の合成抵抗値との組み合わせが互いに異なるものとなる。
例えば、スイッチＳＷ（２，２）のみが押されている場合、抵抗素子Ｒｘの合成抵抗値は１３ｋΩであり、抵抗素子Ｒｙの合成抵抗値は１３ｋΩである。また、スイッチＳＷ（２，２）とＳＷ（２、３）が同時に押されている場合、抵抗素子Ｒｘの合成抵抗値は前記と同じく１３ｋΩであるが、抵抗素子Ｒｙの合成抵抗値は９ｋΩである。
【００２６】
また、複数の抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４の両端の端子Ｔｘ１，Ｔｘ２からは、定電流源６（第１の定電流供給手段）により所定の定電流（本実施形態では１ｍＡとする）が供給可能となされている。
一方、複数の抵抗素子Ｒｙ１〜Ｒｙ４の両端の端子Ｔｙ１，Ｔｙ２からは、定電流源７（第２の定電流供給手段）により所定の定電流（本実施形態では１ｍＡとする）が供給可能となされている。
【００２７】
また、この位置センサ１は、前記端子Ｔｘ１，Ｔｘ２間の電圧値を測定する電圧測定手段８（第１の電圧測定手段）と、前記端子Ｔｙ１，Ｔｙ２間の電圧値を測定する電圧測定手段９（第２の電圧測定手段）とを備えている。また、電圧測定手段８，９によりそれぞれ測定された電圧値に基づいてスイッチＳＷ（１，１）〜ＳＷ（４，４）のオン・オフ動作の組み合わせを特定するスイッチ特定手段１０を備えている。
【００２８】
スイッチ特定手段１０は、例えばマイコン（マイクロコンピュータ）により構成され、例えば不揮発性メモリからなる記憶手段１１を有している。記憶手段１１には、例えばスイッチ特定プログラムＰ２が記憶され、これが実行されることにより複数のスイッチ（１，１）〜ＳＷ（４，４）のオン・オフ状態を特定するように構成されている。
前記スイッチ特定プログラムＰ２が実行されると、スイッチ特定手段１０は、電圧測定手段８，９からそれぞれ入力された電圧値Ｖｘ，ＶｙをＸＹ各軸方向のスイッチ数（列数、行数）に合わせたビット数、即ち４ビットの２進数に変換する。
そして、図５（ａ）に示すようにＸ軸方向のスイッチＳＷ（１，ｙ）〜ＳＷ（４，ｙ）を列毎にそれぞれビットに見立て（ＳＷ（１，ｙ）を１の位とする）、それに前記２進数表現された電圧値Ｖｘを割り当てる。一方、図５（ｂ）に示すようにＹ軸方向のスイッチＳＷ（ｘ，１）〜ＳＷ（ｘ，４）を行毎にそれぞれビットに見立て（ＳＷ（ｘ、１）を１の位とする）、それに前記２進数表現された電圧値Ｖｙを割り当てる。
そして、各列に割り当てられた０または１の値と、各行に割り当てられた０または１の値の否定論理和（ＮＯＲ）を各スイッチＳＷ（ｘ、ｙ）について求め、その値が真（値１）となるスイッチＳＷ（ｘ、ｙ）がオン状態であると特定するようになっている。
【００２９】
このように構成された位置センサ１において、例えば、スイッチＳＷ（１，１）のみが押された場合（スイッチＳＷ（１，１）のみがオン状態）、ｘ軸方向においては直列接続された抵抗Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４の合成抵抗（１４ｋΩ）に対し定電流（１ｍＡ）が供給される。このため、電圧測定手段８により測定される電圧値Ｖｘは１４Ｖとなる。また、ｙ軸方向においては直列接続された抵抗Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４の合成抵抗（１４ｋΩ）に対し定電流（１ｍＡ）が供給される。このため、電圧測定手段９により測定される電圧値Ｖｙは１４Ｖとなる。
スイッチ特定手段１０は、この測定した電圧値Ｖｘ＝１４Ｖを４ビットの２進数に変換し、変換した値（１１１０）の各位を図５（ａ）に示すようにスイッチＳＷ（１，ｙ）〜ＳＷ（４，ｙ）の各列にそれぞれ割り当てる（スイッチＳＷ（１，ｙ）を１の位とする）。一方、測定した電圧値Ｖｙ＝１４Ｖを４ビットの２進数に変換し、変換した値（１１１０）の各位を図５（ｂ）に示すようにスイッチＳＷ（ｘ，１）〜ＳＷ（ｘ，４）の各行にそれぞれ割り当てる（スイッチＳＷ（ｘ，１）を１の位とする）。
そして、各スイッチＳＷ（ｘ、ｙ）について前記割り当てられた値の否定論理和（ＮＯＲ）を求め、それが真（値１）であるスイッチＳＷ（１、１）が押されたものと特定する。
【００３０】
また、例えば、スイッチＳＷ（１，１）とスイッチＳＷ（１，２）が同時に押された場合（スイッチＳＷ（１，１）とスイッチＳＷ（１，２）がオン状態）、ｘ軸方向においては直列接続された抵抗Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４の合成抵抗（１４ｋΩ）に対し定電流（１ｍＡ）が供給される。このため、電圧測定手段８により測定される電圧値Ｖｘは１４Ｖとなる。また、ｙ軸方向においては直列接続された抵抗Ｒｙ３，Ｒｙ４の合成抵抗（１２ｋΩ）に対し定電流（１ｍＡ）が供給される。このため、電圧測定手段９により測定される電圧値Ｖｙは１２Ｖとなる。
スイッチ特定手段１０は、この測定した電圧値Ｖｘ＝１４Ｖを４ビットの２進数に変換し、変換した値（１１１０）の各位を図５（ａ）に示すようにスイッチＳＷ（１，ｙ）〜ＳＷ（４，ｙ）の各列にそれぞれ割り当てる（スイッチＳＷ（１，ｙ）を１の位とする）。一方、測定した電圧値Ｖｙ＝１２Ｖを４ビットの２進数に変換し、変換した値（１１００）の各位を図５（ｂ）に示すようにスイッチＳＷ（ｘ，１）〜ＳＷ（ｘ，４）の各行にそれぞれ割り当てる（スイッチＳＷ（ｘ，１）を１の位とする）。
そして、各スイッチＳＷ（ｘ、ｙ）について前記割り当てられた値の否定論理和（ＮＯＲ）を求め、それが真（値１）であるスイッチＳＷ（１、１）とスイッチＳＷ（１，２）が同時に押されたものと特定する。
【００３１】
以上のように本発明に係る第２の実施の形態によれば、Ｘ軸方向に直列に接続された複数の抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４と、Ｙ軸方向に直列に接続された複数の抵抗素子Ｒｙ１〜Ｒｙ４とを備え、各抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４の抵抗値、及び各抵抗素子Ｒｙ１〜Ｒｙ４の抵抗値は、それぞれ等比数列状に異なるように設定される。
また、Ｘ軸方向とＹ軸方向の２次元マトリクス状に複数のスイッチＳＷ（ｘ、ｙ）が配置され、それらは複数の抵抗素子Ｒｘと複数の抵抗素子Ｒｙとに対し共通に設けられ、それぞれ対応する抵抗素子の抵抗負荷をオン・オフするように機能する。
この構成により、複数のスイッチＳＷ（ｘ、ｙ）のオン・オフ動作の全ての組み合わせにおいて、前記複数の抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４の合成抵抗値と複数の抵抗素子Ｒｙ１〜Ｒｙ４の合成抵抗値との組み合わせは互いに異なる。
したがって、合成抵抗値に所定の定電流を供給した際の電圧値に基づき、押されたスイッチＳＷ（ｘ、ｙ）の位置を容易に検出することができる。
また、この構成によれば、スイッチの数に拘わらず、端子Ｔｘ１，Ｔｘ２間の電圧値、及び端子Ｔｙ１，Ｔｙ２間の電圧値をそれぞれ測定すればよい。即ち４つの端子を用いて２カ所の電圧値を測定すればよく、スイッチＳＷ（ｘ、ｙ）の数が増えても入出力ポートを増やす必要がない。
【００３２】
尚、前記第２の実施形態においては、ｘ軸方向に４列、ｙ軸方向に４行のマトリクス状に複数のスイッチＳＷ（ｘ、ｙ）を配置した例を示したが、スイッチＳＷ（ｘ、ｙ）を配置するｘ軸方向の列数、ｙ軸方向の行数はそれぞれ限定されるものではない。
例えば、ｘ軸方向に８列、ｙ軸方向に８行のような、より多数のスイッチＳＷ（ｘ、ｙ）をマトリクス状に配置する構成にも適用することができる。
【００３３】
また、前記第２の実施の形態にあっては、測定された電圧値Ｖｘ，Ｖｙを２進数とし、ＶｘをスイッチＳＷ（ｘ、ｙ）の各列、ＶｙをスイッチＳＷ（ｘ、ｙ）の各行に割り当て、各スイッチＳＷ（ｘ、ｙ）について割り当てられた値の否定論路和（ＮＯＲ）を求めるものとしたが、その形態に限定されるものではない。
例えば、図６に示すようなルックアップテーブル３０を予め記憶手段１１に記憶しておき、スイッチ特定手段１０が、これを参照することによりスイッチＳＷ（ｘ、ｙ）のオン・オフ状態を特定するようにしてもよい。
即ち、ルックアップテーブル３０には、スイッチＳＷ（１，１）〜ＳＷ（４，４）のうち、１つまたは複数のスイッチを押した際に生じ得る組み合わせのパターン１〜２５６と、そのときの端子Ｔｘ１，Ｔｘ２間の電圧値Ｖｘと端子Ｔｙ１，Ｔｙ２間の電圧値Ｖｙが予め記録されている。このため、スイッチ特定手段１０は、入力された電圧測定値Ｖｘ，Ｖｙに基づき前記ルックアップテーブル３０を参照し、各スイッチＳＷ（ｘ、ｙ）のオン・オフ状態を特定することができる。
【００３４】
また、前記第１、第２の実施の形態にあっては、スイッチ特定手段４（１０）において、電圧測定手段３（８、９）により測定された電圧値に基づきスイッチＳＷのオン・オフ状態を特定する構成とした。
しかしながら、本発明は、その構成に限定されるものではない。例えば、複数のスイッチＳＷのオン・オフ状態の全ての組み合わせにおいて、電圧測定手段３（８）により測定される電圧値は互いに異なるため、電圧値（デジタル値）を各種動作のトリガ信号として直接的に用いてもよい。
また、スイッチＳＷは押しボタンスイッチとして説明したが、それに限らず電気的に接離可能な構成であれば、その他の方式のスイッチでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明に係る位置センサは、押圧された部位に応じて所定の動作を実行する機器、例えば、タッチパネル、ロボットの触覚センサ、医療用器具、ゲーム機器、シート状のキーボードスイッチ等において好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００３６】
１ 位置センサ
２ 定電流源（定電流供給手段）
３ 電圧測定手段
４ スイッチ特定手段
５ 記憶手段
６ 定電流源（第１の定電流供給手段）
７ 定電流源（第２の定電流供給手段）
８ 電圧測定手段（第１の電圧測定手段）
９ 電圧測定手段（第２の電圧測定手段）
１０ スイッチ特定手段
１１ 記憶手段
Ｒ１〜Ｒ４ 抵抗素子
Ｒｘ１〜Ｒｘ４ 抵抗素子
Ｒｙ１〜Ｒｙ４ 抵抗素子
Ｒｔ 温度補償用抵抗素子
Ｒｘｔ 温度補償用抵抗素子
Ｒｙｔ 温度補償用抵抗素子
ＳＷ スイッチ
Ｔ１ 端子
Ｔ２ 端子
Ｔｘ１ 端子
Ｔｘ２ 端子
Ｔｙ１ 端子
Ｔｙ２ 端子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のスイッチを備える位置センサに関し、特に各スイッチのオン・オフ状態を特定して、押されたスイッチの位置を容易に検出することができ、且つスイッチの数が増えても入出力ポート数が増加することのない位置センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
電化製品等には、例えば、導電シートと絶縁シートとを積層してなる薄型のシートスイッチが数多く用いられている。一枚のシートスイッチに設けるスイッチの数が多い場合、例えば図７に示すように複数のスイッチをマトリクス状に配置し、列方向と行方向とで信号線を共用する回路構成が多く採用されている。
【０００３】
図７に示す回路の一例では、３本の入力信号線Ａ（入力ポートＡ１〜Ａ３）と、３本の出力信号線Ｂ（出力ポートＢ１〜Ｂ３）とがマトリックス状に配置される。また、各入力信号線Ａと各出力信号線Ｂとの交差位置にスイッチＳｎ（ｎ＝１〜９）が配置される。
そして、例えば、入力ポートＡ１〜Ａ３に順に所定の入力信号が入力され、各入力信号に対応する出力信号のパターンを出力ポートＢ１〜Ｂ３において検出することにより、押されたスイッチＳｎが特定される（キーマトリクススキャン方式と呼ぶ）。
尚、このようなキーマトリクススキャン方式を用いるキースイッチの構成は特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１８７０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記のようなキーマトリクススキャン方式の回路構成にあっては、スイッチの数が増えるほど入出力ポートの数も増加し、スイッチＳｎの数が多い場合には配線が煩雑となり、装置内のスペースを圧迫するという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記の技術的課題を解決するためになされたものであり、複数のスイッチを有する位置センサにおいて、各スイッチのオン・オフ状態を特定して、押されたスイッチの位置を容易に検出することができ、且つスイッチの数が増えても入出力ポート数が増加することのない位置センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた本発明に係る位置センサは、直列接続され、互いに抵抗値の異なる複数の抵抗素子と、各抵抗素子に対しそれぞれ設けられ、対応する抵抗素子の抵抗負荷をオン・オフする複数のスイッチと、前記直列接続された複数の抵抗素子の両端間に所定の定電流を供給する定電流供給手段と、前記直列接続された複数の抵抗素子の両端間における電圧値を測定する電圧測定手段とを備え、前記複数の抵抗素子の抵抗値は等比数列状に異なり、前記複数のスイッチのオン・オフ状態の全ての組み合わせにおいて、前記複数の抵抗素子の合成抵抗値が互いに異なることに特徴を有する。
また、前記電圧測定手段により測定された電圧値を前記スイッチの数に応じたビット数の２進数に変換し、変換した値の各位を各スイッチに割り当てることにより前記複数のスイッチのオン・オフ状態を特定するスイッチ特定手段を備えることが望ましい。
或いは、前記複数のスイッチによるオン・オフ状態の組み合わせと、前記組み合わせ毎に前記直列接続された複数の抵抗素子の両端間に生じる電圧の値が予め記録されたテーブルを記憶する記憶手段と、前記電圧測定手段により測定された電圧値に基づき、前記テーブルを参照して前記複数のスイッチによるオン・オフ状態の組み合わせを特定するスイッチ特定手段とを備えてもよい。
【０００８】
このように構成することにより、複数のスイッチのオン・オフ動作の全ての組み合わせにおいて、前記複数の抵抗素子の合成抵抗値は互いに異なり、その合成抵抗値に所定の定電流を供給した際の電圧値に基づき、押されたスイッチの位置を容易に検出することができる。
また、この構成によれば、スイッチの数に拘わらず、直列接続された複数の抵抗素子の両端間、即ち２つの端子間の電圧値を測定すればよく、スイッチの数が増えても入出力ポート数は増やす必要がない。
【０００９】
また、上記課題を解決するためになされた本発明に係る位置センサは、Ｘ軸方向に直列接続され、互いに抵抗値の異なる複数の第１抵抗素子と、前記Ｘ軸に交差するＹ軸方向に直列接続され、互いに抵抗値の異なる複数の第２抵抗素子と、Ｘ軸方向とＹ軸方向の２次元マトリクス状に配置されると共に、前記第１抵抗素子及び第２抵抗素子に対し共通に設けられ、それぞれ対応する抵抗素子の抵抗負荷をオン・オフする複数のスイッチと、前記直列接続された複数の第１抵抗素子の両端間に所定の定電流を供給する第１の定電流供給手段と、前記直列接続された複数の第１抵抗素子の両端間における電圧値を測定する第１の電圧測定手段と、前記直列接続された複数の第２抵抗素子の両端間に所定の定電流を供給する第２の定電流供給手段と、前記直列接続された複数の第２抵抗素子の両端間における電圧値を測定する第２の電圧測定手段とを備え、前記複数の第１抵抗素子の抵抗値、及び前記複数の第２抵抗素子の抵抗値は、それぞれ等比数列状に異なり、前記複数のスイッチのオン・オフ状態の全ての組み合わせにおいて、前記複数の第１抵抗素子の合成抵抗値と前記複数の第２抵抗素子の合成抵抗値との組み合わせが互いに異なることに特徴を有する。
また、前記第１の電圧測定手段により測定された電圧値を前記複数のスイッチの列数に応じたビット数の２進数に変換し、変換した値の各位を前記列毎に前記複数のスイッチに割り当てると共に、前記第２の電圧測定手段により測定された電圧値を前記複数のスイッチの行数に応じたビット数の２進数に変換し、変換した値の各位を前記行毎に前記複数のスイッチに割り当て、各スイッチについて前記割り当てられた値の否定論理和を求めることにより前記複数のスイッチのオン・オフ状態を特定するスイッチ特定手段を備えることが望ましい。
或いは、前記複数のスイッチによるオン・オフ状態の組み合わせと、前記組み合わせ毎に前記直列接続された第１抵抗素子の両端間における電圧値と、前記直列接続された第２抵抗素子の両端間における電圧値とが予め記録されたテーブルを記憶する記憶手段と、前記第一及び第二の電圧測定手段によりそれぞれ測定された電圧値に基づき、前記テーブルを参照して前記複数のスイッチによるオン・オフ状態の組み合わせを特定するスイッチ特定手段とを備えてもよい。
【００１０】
このように構成することにより、複数のスイッチのオン・オフ動作の全ての組み合わせにおいて、前記複数の第１抵抗素子の合成抵抗値と複数の第２抵抗素子の合成抵抗値との組み合わせは互いに異なり、各合成抵抗値に所定の定電流を供給した際の電圧値に基づき、押されたスイッチの位置を容易に検出することができる。
また、この構成によれば、スイッチの数に拘わらず、直列接続された複数の第１抵抗素子の両端間の電圧値、及び直列接続された複数の第２抵抗素子の両端間の電圧値を測定すればよい。
即ち、スイッチ数に拘わらず、合計４つの端子を用いて２カ所の電圧値を測定すればよく、スイッチの数が増えても入出力ポート数は増やす必要がない。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、複数のスイッチを有する位置センサにおいて、各スイッチのオン・オフ状態を特定して、押されたスイッチの位置を容易に検出することができ、且つスイッチの数が増えても入出力ポート数が増加することのない位置センサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明に係る位置センサの第１の実施の形態の回路構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１の位置センサが備えるスイッチ特定手段の動作を説明するためのテーブルである。
【図３】図３は、図１の位置センサにおいて、記憶手段に記憶可能なルックアップテーブルの一例である。
【図４】図４は、本発明に係る位置センサの第２の実施の形態の回路構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、図４の位置センサが備えるスイッチ特定手段の動作を説明するためのテーブルである。
【図６】図６は、図４の位置センサにおいて、記憶手段に記憶可能なルックアップテーブルの一例である。
【図７】図７は、従来のマトリクス状に配置されたスイッチ回路の構成例である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る位置センサの実施の形態について図面に基づき説明する。図１は、本発明に係る位置センサの第１の実施の形態の回路構成を示すブロック図である。
図１に示すように、この位置センサ１は、抵抗値が等比数列状に異なる複数の抵抗素子Ｒ（本実施形態では抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４とする）が直列に接続され、その両端の端子Ｔ１，Ｔ２から定電流源２（定電流供給手段）により所定の定電流が供給可能となされている。尚、本実施形態では、定電流値＝１ｍＡ、抵抗Ｒ１＝１ｋΩ、抵抗Ｒ２＝２ｋΩ、抵抗Ｒ３＝４ｋΩ、抵抗Ｒ４＝８ｋΩとしている。
【００１４】
また、各抵抗素子Ｒについて、その抵抗負荷をオン・オフするためのスイッチＳＷ（ＳＷ１〜ＳＷ４）が設けられている。即ち、抵抗Ｒ１にはスイッチＳＷ１が設けられ、抵抗Ｒ２にはスイッチＳＷ２が設けられている。また、抵抗Ｒ３にはスイッチＳＷ３が設けられ、抵抗Ｒ４にはスイッチＳＷ４が設けられている。尚、本実施形態では、各スイッチＳＷは例えばシートスイッチに用いられる押しボタンスイッチとし、押すとオン状態、離すとオフ状態になるものとする。
【００１５】
このように位置センサ１においては、直列接続された複数の抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４のそれぞれに対し、その抵抗負荷をオン・オフするスイッチＳＷ１〜ＳＷ４が設けられ、抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値が等比数列状に異なるように設定されている。
そのため、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４のオン・オフ動作の全ての組み合わせにおいて、抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４による合成抵抗値は互いに異なるものとなる。
例えば、スイッチＳＷ２のみが押されている場合、合成抵抗値は１３ｋΩであり、スイッチＳＷ３，ＳＷ４が同時に押されている場合、合成抵抗値は３ｋΩである。
【００１６】
また、前記端子Ｔ１，Ｔ２間には、前記スイッチＳＷ１〜ＳＷ４、及び抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４と並列に、温度補償用抵抗素子Ｒｔが設けられている。この温度補償用抵抗素子Ｒｔは、抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４が例えば負の温度係数を有するとすれば、それを相殺するように正の温度係数を有している。
この温度補償用抵抗素子Ｒｔが設けられることにより、抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４の合成抵抗値と定電流に基づく電圧を安定して出力することができる。
【００１７】
また、この位置センサ１は、前記端子Ｔ１，Ｔ２間の電圧値を測定する電圧測定手段３と、電圧測定手段３により測定された電圧値に基づいてスイッチＳＷ１〜ＳＷ４のいずれが押圧されたかを特定するスイッチ特定手段４とを備えている。
スイッチ特定手段４は、例えばマイコン（マイクロコンピュータ）により構成され、例えば不揮発性メモリからなる記憶手段５を有している。記憶手段５には、例えばスイッチ特定プログラムＰ１が記憶され、これが実行されることにより複数のスイッチＳＷのオン・オフ状態を特定するように構成されている。
前記スイッチ特定プログラムＰ１が実行されると、スイッチ特定手段４は、電圧測定手段３から入力された電圧値を図２に示すようにスイッチＳＷの数に合わせたビット数、即ち４ビットの２進数に変換する。そして、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４をそれぞれビットに見立て、それに前記２進数表現された電圧値を割り当てることにより、各スイッチＳＷのオン・オフを特定するようになっている。尚、本実施形態では、値０がスイッチオン状態、値１がスイッチオフ状態としている。
【００１８】
このように構成された位置センサ１において、例えば、スイッチＳＷ１のみが押された場合（スイッチＳＷ１のみがオン状態）、直列接続された抵抗Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の合成抵抗（１４ｋΩ）に対し定電流（１ｍＡ）が供給される。このため、電圧測定手段３により測定される電圧値は１４Ｖとなる。
スイッチ特定手段４は、この測定値１４Ｖを４ビットの２進数に変換し、変換した値（１１１０）の各位を図２に示すようにスイッチＳＷ１〜ＳＷ４にそれぞれ割り当てる（ＳＷ１を１の位とする）。その結果、スイッチＳＷ１が０、スイッチＳＷ２〜ＳＷ４が１となり、スイッチ特定手段４はスイッチＳＷ１のみが押されたパターンであると特定する。
また、例えば、スイッチＳＷ２とスイッチＳＷ４とが同時に押された場合（スイッチＳＷ２，ＳＷ４がオン状態）、直列接続された抵抗Ｒ１、Ｒ３の合成抵抗（５ｋΩ）に対し定電流（１ｍＡ）が供給される。このため、電圧測定手段３により測定される電圧値は５Ｖとなる。
スイッチ特定手段４は、この測定値５Ｖを４ビットの２進数に変換し、変換した値（０１０１）の各位を図２に示すようにスイッチＳＷ１〜ＳＷ４にそれぞれ割り当てる（ＳＷ１を１の位とする）。その結果、スイッチＳＷ１，ＳＷ３が１、スイッチＳＷ２，ＳＷ４が０となり、スイッチ特定手段４はスイッチＳＷ２，ＳＷ４が押されたパターンであると特定する。
【００１９】
以上のように本発明に係る第１の実施の形態によれば、位置センサ１は、直列に接続されて、抵抗値が等比数列状に異なる複数の抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４と、各抵抗素子に対し設けられ、対応する抵抗素子の抵抗負荷をオン・オフするスイッチＳＷ１〜ＳＷ４とを備える。
この構成により、複数のスイッチのオン・オフ動作の全ての組み合わせにおいて、前記複数の抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４の合成抵抗値は互いに異なり、その合成抵抗値に所定の定電流を供給した際の電圧値に基づき、押されたスイッチＳＷの位置を確実に検出することができる。
また、この構成によれば、スイッチＳＷの数に拘わらず、２つの端子Ｔ１，Ｔ２間の電圧値を測定すればよく、スイッチＳＷの数が増えても入出力ポート数を増やす必要がない。
【００２０】
尚、前記第１の実施の形態にあっては、４つの抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４を設けた構成としたが、抵抗素子の数は４つに限定されるものではない。例えば、８つの抵抗素子（８つのスイッチ）を直列に接続する等、より多くのスイッチを設けた場合のスイッチ特定（押されたスイッチの検出）にも対応することができる。
【００２１】
また、前記第１の実施の形態にあっては、電圧測定手段３により測定された電圧値を２進数として、各位を各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４に割り当てるものとしたが、その形態に限定されるものではない。
例えば、図３に示すようなルックアップテーブル２０を予め記憶手段５に記憶しておき、スイッチ特定手段４が、これを参照することによりスイッチＳＷ１〜４のオン・オフ状態を特定するようにしてもよい。
即ち、ルックアップテーブル２０には、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４のうち、１つまたは複数のスイッチを押した際に生じ得る組み合わせのパターン１〜１６と、そのときの端子Ｔ１，Ｔ２間の電圧値が予め記録されている。このため、スイッチ特定手段４は、入力された端子Ｔ１，Ｔ２間の電圧測定値に基づき前記ルックアップテーブル２０を参照し、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４のオン・オフ状態を特定することができる。
【００２２】
続いて、本発明に係る第２の実施の形態について説明する。図４は、本発明に係る位置センサの第２の実施の形態の回路構成を示すブロック図である。
図４に示すように、位置センサ１は、Ｘ軸方向に直列に接続された複数の抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４（第１抵抗素子）と、Ｙ軸方向に直列に接続された複数の抵抗素子Ｒｙ１〜Ｒｙ４（第２抵抗素子）とを備える。各抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４の抵抗値は、等比数列状に異なるように設定されている（具体的にはＲｘ１＝１ｋΩ、Ｒｘ２＝２ｋΩ、Ｒｘ３＝４ｋΩ、Ｒｘ４＝８ｋΩ）。また、各抵抗素子Ｒｙ１〜Ｒｙ４の抵抗値も、等比数列状に異なるように設定されている（具体的にはＲｙ１＝１ｋΩ、Ｒｙ２＝２ｋΩ、Ｒｙ３＝４ｋΩ、Ｒｙ４＝８ｋΩ）。
【００２３】
また、前記複数の抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４と並列に（即ち端子Ｔｘ１，Ｔｘ２間に）、温度補償用抵抗素子Ｒｘｔが設けられ、前記複数の抵抗素子Ｒｙ１〜Ｒｙ４と並列に（即ち端子Ｔｙ１，Ｔｙ２間に）、温度補償用抵抗素子Ｒｙｔが設けられている。これら温度補償用抵抗素子Ｒｘｔ，Ｒｙｔは、抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４、Ｒｙ１〜Ｒｙ４が例えば負の温度係数を有するとすれば、それを相殺するように正の温度係数を有している。
これら温度補償用抵抗素子Ｒｘｔ，Ｒｙｔが設けられることにより、抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４、Ｒｙ１〜Ｒｙ４の各合成抵抗値と定電流に基づく電圧を安定して出力することができる。
【００２４】
また、前記複数の抵抗素子Ｒｘと複数の抵抗素子Ｒｙとに対し共通に設けられ、それぞれ対応する抵抗素子の抵抗負荷をオン・オフするための複数のスイッチＳＷ（ｘ、ｙ）（ｘ＝１〜４，ｙ＝１〜４）がＸ軸方向とＹ軸方向の２次元マトリクス状に配置されている。尚、本実施形態においては、各スイッチＳＷ（ｘ、ｙ）は例えばシートスイッチに用いられる押しボタンスイッチとし、押すとオン状態、離すとオフ状態になるものとする。また、各スイッチＳＷ（ｘ、ｙ）には、双極単投スイッチが用いられる。この双極単投スイッチを用いることにより、対応する抵抗素子Ｒｘと抵抗素子Ｒｙの抵抗負荷のオン・オフ動作を同時に行うことができる。
【００２５】
このように位置センサ１においては、直列接続された複数の抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４、及びＲｙ１〜Ｒｙ４のそれぞれに対し、その抵抗負荷をオン・オフするスイッチＳＷ（１，１）〜ＳＷ（４，４）が設けられている。また、抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４の抵抗値、並びに抵抗素子Ｒｙ１〜Ｒｙ４の抵抗値がそれぞれ等比数列状に異なるように設定されている。
そのため、スイッチＳＷ（１，１）〜ＳＷ（４，４）のオン・オフ動作の全ての組み合わせにおいて、抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４による合成抵抗値と、抵抗素子Ｒｙ１〜Ｒｙ４の合成抵抗値との組み合わせが互いに異なるものとなる。
例えば、スイッチＳＷ（２，２）のみが押されている場合、抵抗素子Ｒｘの合成抵抗値は１３ｋΩであり、抵抗素子Ｒｙの合成抵抗値は１３ｋΩである。また、スイッチＳＷ（２，２）とＳＷ（２、３）が同時に押されている場合、抵抗素子Ｒｘの合成抵抗値は前記と同じく１３ｋΩであるが、抵抗素子Ｒｙの合成抵抗値は９ｋΩである。
【００２６】
また、複数の抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４の両端の端子Ｔｘ１，Ｔｘ２からは、定電流源６（第１の定電流供給手段）により所定の定電流（本実施形態では１ｍＡとする）が供給可能となされている。
一方、複数の抵抗素子Ｒｙ１〜Ｒｙ４の両端の端子Ｔｙ１，Ｔｙ２からは、定電流源７（第２の定電流供給手段）により所定の定電流（本実施形態では１ｍＡとする）が供給可能となされている。
【００２７】
また、この位置センサ１は、前記端子Ｔｘ１，Ｔｘ２間の電圧値を測定する電圧測定手段８（第１の電圧測定手段）と、前記端子Ｔｙ１，Ｔｙ２間の電圧値を測定する電圧測定手段９（第２の電圧測定手段）とを備えている。また、電圧測定手段８，９によりそれぞれ測定された電圧値に基づいてスイッチＳＷ（１，１）〜ＳＷ（４，４）のオン・オフ動作の組み合わせを特定するスイッチ特定手段１０を備えている。
【００２８】
スイッチ特定手段１０は、例えばマイコン（マイクロコンピュータ）により構成され、例えば不揮発性メモリからなる記憶手段１１を有している。記憶手段１１には、例えばスイッチ特定プログラムＰ２が記憶され、これが実行されることにより複数のスイッチ（１，１）〜ＳＷ（４，４）のオン・オフ状態を特定するように構成されている。
前記スイッチ特定プログラムＰ２が実行されると、スイッチ特定手段１０は、電圧測定手段８，９からそれぞれ入力された電圧値Ｖｘ，ＶｙをＸＹ各軸方向のスイッチ数（列数、行数）に合わせたビット数、即ち４ビットの２進数に変換する。
そして、図５（ａ）に示すようにＸ軸方向のスイッチＳＷ（１，ｙ）〜ＳＷ（４，ｙ）を列毎にそれぞれビットに見立て（ＳＷ（１，ｙ）を１の位とする）、それに前記２進数表現された電圧値Ｖｘを割り当てる。一方、図５（ｂ）に示すようにＹ軸方向のスイッチＳＷ（ｘ，１）〜ＳＷ（ｘ，４）を行毎にそれぞれビットに見立て（ＳＷ（ｘ、１）を１の位とする）、それに前記２進数表現された電圧値Ｖｙを割り当てる。
そして、各列に割り当てられた０または１の値と、各行に割り当てられた０または１の値の否定論理和（ＮＯＲ）を各スイッチＳＷ（ｘ、ｙ）について求め、その値が真（値１）となるスイッチＳＷ（ｘ、ｙ）がオン状態であると特定するようになっている。
【００２９】
このように構成された位置センサ１において、例えば、スイッチＳＷ（１，１）のみが押された場合（スイッチＳＷ（１，１）のみがオン状態）、ｘ軸方向においては直列接続された抵抗Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４の合成抵抗（１４ｋΩ）に対し定電流（１ｍＡ）が供給される。このため、電圧測定手段８により測定される電圧値Ｖｘは１４Ｖとなる。また、ｙ軸方向においては直列接続された抵抗Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４の合成抵抗（１４ｋΩ）に対し定電流（１ｍＡ）が供給される。このため、電圧測定手段９により測定される電圧値Ｖｙは１４Ｖとなる。
スイッチ特定手段１０は、この測定した電圧値Ｖｘ＝１４Ｖを４ビットの２進数に変換し、変換した値（１１１０）の各位を図５（ａ）に示すようにスイッチＳＷ（１，ｙ）〜ＳＷ（４，ｙ）の各列にそれぞれ割り当てる（スイッチＳＷ（１，ｙ）を１の位とする）。一方、測定した電圧値Ｖｙ＝１４Ｖを４ビットの２進数に変換し、変換した値（１１１０）の各位を図５（ｂ）に示すようにスイッチＳＷ（ｘ，１）〜ＳＷ（ｘ，４）の各行にそれぞれ割り当てる（スイッチＳＷ（ｘ，１）を１の位とする）。
そして、各スイッチＳＷ（ｘ、ｙ）について前記割り当てられた値の否定論理和（ＮＯＲ）を求め、それが真（値１）であるスイッチＳＷ（１、１）が押されたものと特定する。
【００３０】
また、例えば、スイッチＳＷ（１，１）とスイッチＳＷ（１，２）が同時に押された場合（スイッチＳＷ（１，１）とスイッチＳＷ（１，２）がオン状態）、ｘ軸方向においては直列接続された抵抗Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４の合成抵抗（１４ｋΩ）に対し定電流（１ｍＡ）が供給される。このため、電圧測定手段８により測定される電圧値Ｖｘは１４Ｖとなる。また、ｙ軸方向においては直列接続された抵抗Ｒｙ３，Ｒｙ４の合成抵抗（１２ｋΩ）に対し定電流（１ｍＡ）が供給される。このため、電圧測定手段９により測定される電圧値Ｖｙは１２Ｖとなる。
スイッチ特定手段１０は、この測定した電圧値Ｖｘ＝１４Ｖを４ビットの２進数に変換し、変換した値（１１１０）の各位を図５（ａ）に示すようにスイッチＳＷ（１，ｙ）〜ＳＷ（４，ｙ）の各列にそれぞれ割り当てる（スイッチＳＷ（１，ｙ）を１の位とする）。一方、測定した電圧値Ｖｙ＝１２Ｖを４ビットの２進数に変換し、変換した値（１１００）の各位を図５（ｂ）に示すようにスイッチＳＷ（ｘ，１）〜ＳＷ（ｘ，４）の各行にそれぞれ割り当てる（スイッチＳＷ（ｘ，１）を１の位とする）。
そして、各スイッチＳＷ（ｘ、ｙ）について前記割り当てられた値の否定論理和（ＮＯＲ）を求め、それが真（値１）であるスイッチＳＷ（１、１）とスイッチＳＷ（１，２）が同時に押されたものと特定する。
【００３１】
以上のように本発明に係る第２の実施の形態によれば、Ｘ軸方向に直列に接続された複数の抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４と、Ｙ軸方向に直列に接続された複数の抵抗素子Ｒｙ１〜Ｒｙ４とを備え、各抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４の抵抗値、及び各抵抗素子Ｒｙ１〜Ｒｙ４の抵抗値は、それぞれ等比数列状に異なるように設定される。
また、Ｘ軸方向とＹ軸方向の２次元マトリクス状に複数のスイッチＳＷ（ｘ、ｙ）が配置され、それらは複数の抵抗素子Ｒｘと複数の抵抗素子Ｒｙとに対し共通に設けられ、それぞれ対応する抵抗素子の抵抗負荷をオン・オフするように機能する。
この構成により、複数のスイッチＳＷ（ｘ、ｙ）のオン・オフ動作の全ての組み合わせにおいて、前記複数の抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４の合成抵抗値と複数の抵抗素子Ｒｙ１〜Ｒｙ４の合成抵抗値との組み合わせは互いに異なる。
したがって、合成抵抗値に所定の定電流を供給した際の電圧値に基づき、押されたスイッチＳＷ（ｘ、ｙ）の位置を容易に検出することができる。
また、この構成によれば、スイッチの数に拘わらず、端子Ｔｘ１，Ｔｘ２間の電圧値、及び端子Ｔｙ１，Ｔｙ２間の電圧値をそれぞれ測定すればよい。即ち４つの端子を用いて２カ所の電圧値を測定すればよく、スイッチＳＷ（ｘ、ｙ）の数が増えても入出力ポートを増やす必要がない。
【００３２】
尚、前記第２の実施形態においては、ｘ軸方向に４列、ｙ軸方向に４行のマトリクス状に複数のスイッチＳＷ（ｘ、ｙ）を配置した例を示したが、スイッチＳＷ（ｘ、ｙ）を配置するｘ軸方向の列数、ｙ軸方向の行数はそれぞれ限定されるものではない。
例えば、ｘ軸方向に８列、ｙ軸方向に８行のような、より多数のスイッチＳＷ（ｘ、ｙ）をマトリクス状に配置する構成にも適用することができる。
【００３３】
また、前記第２の実施の形態にあっては、測定された電圧値Ｖｘ，Ｖｙを２進数とし、ＶｘをスイッチＳＷ（ｘ、ｙ）の各列、ＶｙをスイッチＳＷ（ｘ、ｙ）の各行に割り当て、各スイッチＳＷ（ｘ、ｙ）について割り当てられた値の否定論路和（ＮＯＲ）を求めるものとしたが、その形態に限定されるものではない。
例えば、図６に示すようなルックアップテーブル３０を予め記憶手段１１に記憶しておき、スイッチ特定手段１０が、これを参照することによりスイッチＳＷ（ｘ、ｙ）のオン・オフ状態を特定するようにしてもよい。
即ち、ルックアップテーブル３０には、スイッチＳＷ（１，１）〜ＳＷ（４，４）のうち、１つまたは複数のスイッチを押した際に生じ得る組み合わせのパターン１〜２５６と、そのときの端子Ｔｘ１，Ｔｘ２間の電圧値Ｖｘと端子Ｔｙ１，Ｔｙ２間の電圧値Ｖｙが予め記録されている。このため、スイッチ特定手段１０は、入力された電圧測定値Ｖｘ，Ｖｙに基づき前記ルックアップテーブル３０を参照し、各スイッチＳＷ（ｘ、ｙ）のオン・オフ状態を特定することができる。
【００３４】
また、前記第１、第２の実施の形態にあっては、スイッチ特定手段４（１０）において、電圧測定手段３（８、９）により測定された電圧値に基づきスイッチＳＷのオン・オフ状態を特定する構成とした。
しかしながら、本発明は、その構成に限定されるものではない。例えば、複数のスイッチＳＷのオン・オフ状態の全ての組み合わせにおいて、電圧測定手段３（８）により測定される電圧値は互いに異なるため、電圧値（デジタル値）を各種動作のトリガ信号として直接的に用いてもよい。
また、スイッチＳＷは押しボタンスイッチとして説明したが、それに限らず電気的に接離可能な構成であれば、その他の方式のスイッチでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明に係る位置センサは、押圧された部位に応じて所定の動作を実行する機器、例えば、タッチパネル、ロボットの触覚センサ、医療用器具、ゲーム機器、シート状のキーボードスイッチ等において好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００３６】
１ 位置センサ
２ 定電流源（定電流供給手段）
３ 電圧測定手段
４ スイッチ特定手段
５ 記憶手段
６ 定電流源（第１の定電流供給手段）
７ 定電流源（第２の定電流供給手段）
８ 電圧測定手段（第１の電圧測定手段）
９ 電圧測定手段（第２の電圧測定手段）
１０ スイッチ特定手段
１１ 記憶手段
Ｒ１〜Ｒ４ 抵抗素子
Ｒｘ１〜Ｒｘ４ 抵抗素子
Ｒｙ１〜Ｒｙ４ 抵抗素子
Ｒｔ 温度補償用抵抗素子
Ｒｘｔ 温度補償用抵抗素子
Ｒｙｔ 温度補償用抵抗素子
ＳＷ スイッチ
Ｔ１ 端子
Ｔ２ 端子
Ｔｘ１ 端子
Ｔｘ２ 端子
Ｔｙ１ 端子
Ｔｙ２ 端子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続され、互いに抵抗値の異なる複数の抵抗素子と、各抵抗素子に対しそれぞれ設けられ、対応する抵抗素子の抵抗負荷をオン・オフする複数のスイッチと、前記直列接続された複数の抵抗素子の両端間に所定の定電流を供給する定電流供給手段と、前記直列接続された複数の抵抗素子の両端間における電圧値を測定する電圧測定手段とを備え、
前記複数の抵抗素子の抵抗値は等比数列状に異なり、前記複数のスイッチのオン・オフ状態の全ての組み合わせにおいて、前記複数の抵抗素子の合成抵抗値が互いに異なることを特徴とする位置センサ。
【請求項２】
前記電圧測定手段により測定された電圧値を前記スイッチの数に応じたビット数の２進数に変換し、変換した値の各位を各スイッチに割り当てることにより前記複数のスイッチのオン・オフ状態を特定するスイッチ特定手段を備えることを特徴とする請求項１に記載された位置センサ。
【請求項３】
前記複数のスイッチによるオン・オフ状態の組み合わせと、前記組み合わせ毎に前記直列接続された複数の抵抗素子の両端間に生じる電圧の値が予め記録されたテーブルを記憶する記憶手段と、
前記電圧測定手段により測定された電圧値に基づき、前記テーブルを参照して前記複数のスイッチによるオン・オフ状態の組み合わせを特定するスイッチ特定手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載された位置センサ。
【請求項４】
Ｘ軸方向に直列接続され、互いに抵抗値の異なる複数の第１抵抗素子と、前記Ｘ軸に交差するＹ軸方向に直列接続され、互いに抵抗値の異なる複数の第２抵抗素子と、Ｘ軸方向とＹ軸方向の２次元マトリクス状に配置されると共に、前記第１抵抗素子及び第２抵抗素子に対し共通に設けられ、それぞれ対応する抵抗素子の抵抗負荷をオン・オフする複数のスイッチと、前記直列接続された複数の第１抵抗素子の両端間に所定の定電流を供給する第１の定電流供給手段と、前記直列接続された複数の第１抵抗素子の両端間における電圧値を測定する第１の電圧測定手段と、前記直列接続された複数の第２抵抗素子の両端間に所定の定電流を供給する第２の定電流供給手段と、前記直列接続された複数の第２抵抗素子の両端間における電圧値を測定する第２の電圧測定手段とを備え、
前記複数の第１抵抗素子の抵抗値、及び前記複数の第２抵抗素子の抵抗値は、それぞれ等比数列状に異なり、前記複数のスイッチのオン・オフ状態の全ての組み合わせにおいて、前記複数の第１抵抗素子の合成抵抗値と前記複数の第２抵抗素子の合成抵抗値との組み合わせが互いに異なることを特徴とする位置センサ。
【請求項５】
前記第１の電圧測定手段により測定された電圧値を前記複数のスイッチの列数に応じたビット数の２進数に変換し、変換した値の各位を前記列毎に前記複数のスイッチに割り当てると共に、前記第２の電圧測定手段により測定された電圧値を前記複数のスイッチの行数に応じたビット数の２進数に変換し、変換した値の各位を前記行毎に前記複数のスイッチに割り当て、
各スイッチについて前記割り当てられた値の否定論理和を求めることにより前記複数のスイッチのオン・オフ状態を特定するスイッチ特定手段を備えることを特徴とする請求項４に記載された位置センサ。
【請求項６】
前記複数のスイッチによるオン・オフ状態の組み合わせと、前記組み合わせ毎に前記直列接続された第１抵抗素子の両端間における電圧値と、前記直列接続された第２抵抗素子の両端間における電圧値とが予め記録されたテーブルを記憶する記憶手段と、
前記第一及び第二の電圧測定手段によりそれぞれ測定された電圧値に基づき、前記テーブルを参照して前記複数のスイッチによるオン・オフ状態の組み合わせを特定するスイッチ特定手段とを備えることを特徴とする請求項４に記載された位置センサ。
【請求項１】
直列接続され、互いに抵抗値の異なる複数の抵抗素子と、各抵抗素子に対しそれぞれ設けられ、対応する抵抗素子の抵抗負荷をオン・オフする複数のスイッチと、前記直列接続された複数の抵抗素子の両端間に所定の定電流を供給する定電流供給手段と、前記直列接続された複数の抵抗素子の両端間における電圧値を測定する電圧測定手段とを備え、
前記複数の抵抗素子の抵抗値は等比数列状に異なり、前記複数のスイッチのオン・オフ状態の全ての組み合わせにおいて、前記複数の抵抗素子の合成抵抗値が互いに異なることを特徴とする位置センサ。
【請求項２】
前記電圧測定手段により測定された電圧値を前記スイッチの数に応じたビット数の２進数に変換し、変換した値の各位を各スイッチに割り当てることにより前記複数のスイッチのオン・オフ状態を特定するスイッチ特定手段を備えることを特徴とする請求項１に記載された位置センサ。
【請求項３】
前記複数のスイッチによるオン・オフ状態の組み合わせと、前記組み合わせ毎に前記直列接続された複数の抵抗素子の両端間に生じる電圧の値が予め記録されたテーブルを記憶する記憶手段と、
前記電圧測定手段により測定された電圧値に基づき、前記テーブルを参照して前記複数のスイッチによるオン・オフ状態の組み合わせを特定するスイッチ特定手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載された位置センサ。
【請求項４】
Ｘ軸方向に直列接続され、互いに抵抗値の異なる複数の第１抵抗素子と、前記Ｘ軸に交差するＹ軸方向に直列接続され、互いに抵抗値の異なる複数の第２抵抗素子と、Ｘ軸方向とＹ軸方向の２次元マトリクス状に配置されると共に、前記第１抵抗素子及び第２抵抗素子に対し共通に設けられ、それぞれ対応する抵抗素子の抵抗負荷をオン・オフする複数のスイッチと、前記直列接続された複数の第１抵抗素子の両端間に所定の定電流を供給する第１の定電流供給手段と、前記直列接続された複数の第１抵抗素子の両端間における電圧値を測定する第１の電圧測定手段と、前記直列接続された複数の第２抵抗素子の両端間に所定の定電流を供給する第２の定電流供給手段と、前記直列接続された複数の第２抵抗素子の両端間における電圧値を測定する第２の電圧測定手段とを備え、
前記複数の第１抵抗素子の抵抗値、及び前記複数の第２抵抗素子の抵抗値は、それぞれ等比数列状に異なり、前記複数のスイッチのオン・オフ状態の全ての組み合わせにおいて、前記複数の第１抵抗素子の合成抵抗値と前記複数の第２抵抗素子の合成抵抗値との組み合わせが互いに異なることを特徴とする位置センサ。
【請求項５】
前記第１の電圧測定手段により測定された電圧値を前記複数のスイッチの列数に応じたビット数の２進数に変換し、変換した値の各位を前記列毎に前記複数のスイッチに割り当てると共に、前記第２の電圧測定手段により測定された電圧値を前記複数のスイッチの行数に応じたビット数の２進数に変換し、変換した値の各位を前記行毎に前記複数のスイッチに割り当て、
各スイッチについて前記割り当てられた値の否定論理和を求めることにより前記複数のスイッチのオン・オフ状態を特定するスイッチ特定手段を備えることを特徴とする請求項４に記載された位置センサ。
【請求項６】
前記複数のスイッチによるオン・オフ状態の組み合わせと、前記組み合わせ毎に前記直列接続された第１抵抗素子の両端間における電圧値と、前記直列接続された第２抵抗素子の両端間における電圧値とが予め記録されたテーブルを記憶する記憶手段と、
前記第一及び第二の電圧測定手段によりそれぞれ測定された電圧値に基づき、前記テーブルを参照して前記複数のスイッチによるオン・オフ状態の組み合わせを特定するスイッチ特定手段とを備えることを特徴とする請求項４に記載された位置センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−４０５２（Ｐ２０１３−４０５２Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３８０６０（Ｐ２０１１−１３８０６０）
【出願日】平成２３年６月２２日（２０１１．６．２２）
【出願人】（３９７０７２１１２）株式会社マルサン・ネーム (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２２日（２０１１．６．２２）
【出願人】（３９７０７２１１２）株式会社マルサン・ネーム (3)
【Ｆターム（参考）】
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