入力システムおよびコンピュータ
【課題】キーボードのキーに電子ペーパで入力モードの表示をする。
【解決手段】キー・トップ１０３の表面には電子ペーパ１０１が配置されている。電子ペーパは表示スイッチ１１３の電極１０９に接続されている。電極１０９はキー１０が押下されたときに電極１１１と接触する。電極１１１には配線パターンから電圧が印加される。キーが押下されるとキー・スイッチ１１９が動作して入力モードが変更されるとともに表示スイッチが閉じて電子ペーパの表示が変化する。
【解決手段】キー・トップ１０３の表面には電子ペーパ１０１が配置されている。電子ペーパは表示スイッチ１１３の電極１０９に接続されている。電極１０９はキー１０が押下されたときに電極１１１と接触する。電極１１１には配線パターンから電圧が印加される。キーが押下されるとキー・スイッチ１１９が動作して入力モードが変更されるとともに表示スイッチが閉じて電子ペーパの表示が変化する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はキーボードや押しボタンのような押下式の入力システムにおいてキー・トップの表示を変更する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータの入力装置としてはマウスやキーボードが代表的である。キーボードは、文字キーの入力モードを変更する入力モード操作キーを含む。たとえばノートブック型携帯式コンピュータ（以下、ノートＰＣという。）のキーボードにおいて、入力モード操作キーの代表例として〔Ｉｎｓｅｒｔ〕キー、〔ＣａｐｓＬｋ〕キー、および〔ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ〕キーがある。〔Ｉｎｓｅｒｔ〕キーは、入力モードを挿入モードと上書きモードの間で変更し、〔ＣａｐｓＬｋ〕キーは、入力モードを大文字モードと小文字モードの間で変更し、〔ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ〕キーは、入力モードをテン・キー・モードと通常モードの間で変更する。
【０００３】
特許文献１は、１つのキーの表面に電子ペーパで形成した複数の入力表記をして、操作者の入力切換操作で決定された機能に対応する入力表記が表示されるように電子ペーパの電圧を制御するキー操作装置を開示する。コンピュータは、キーに与えられた複数の機能のうち特定の機能だけを有効にするために、キー操作者による操作に基づいてキー入力モードを切り替えるキー入力モード切替部を含む。また、キー操作装置は、キー入力モード切替部が決定した現在のキー入力モードで有効な機能を示す入力表記を視認表示させる表示切替部を含む。
【０００４】
特許文献２は、必要なときにキー釦部の機能が電子ペーパによって判るようにするとともに、表示用の配線が破損したり、クリック感が損なわれたりする問題を解消したキー釦構造を開示する。このキー釦構造では、キー釦が押下されていないときは、ケースに設けられた表示部用配線と表示部となる電子ペーパの端子が電気的に接続されてセグメント・タイプの電子ペーパに電圧が印加される。
【０００５】
電子ペーパの表示内容は、モード・キーによる選択モードやメニュー・キーによる選択メニューに応じて所定のタイミングで書き換えられる。キー釦部が押下されたときは、電子ペーパの端子と表示部用配線が非接続状態となるが、電圧が印加されなくなっても電子ペーパの特質としてそれまでの表示は維持される。同文献には、表示部は押圧したときに端子とつながって表示データを書き換えられるようにしてもよいと記載されている。
【０００６】
特許文献３は、アクティブ・マトリクス式の電気泳動的ディスプレイにおいて蓄電キャパシタを利用して、画素がアドレス指定されない間の画素の電圧を維持することによりアドレス指定を短時間で終了できるようにして高速なアドレス指定を可能にした電子ディスプレイを開示する。この発明を適用した薄膜トランジスタ・アレイでは、電子インクで構成された画素の画素電極に蓄電キャパシタの一方の端子が接続され他方の端子が隣接するゲート・ラインに接続されている。
【０００７】
特許文献４は、セグメント方式の電気泳動表示装置において、コモン振り駆動をするためにセグメント電極および共通電極へ印加した電圧を停止してそれらをハイインピーダンスに設定し電気泳動粒子の移動を停止して表示パターンを保持する際に発生するキックバック現象を抑制する発明を開示する。この発明では、キックバック現象の原因が、共通電極とセグメント電極の電極面積に起因する静電容量の差にあることに着目して、セグメント電極の静電容量を補うためにセグメント電極と低電位電源との間に容量素子を接続する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２６２４２０号公報
【特許文献２】特開２００９−８７８６５号公報
【特許文献３】特開２００９−８７８７６５号公報
【特許文献４】特開２００８−２４２３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
これまでのキーボードでは、一部の入力モード操作キーを操作したときの入力モードをキーボードまたはディスプレイの下縁に設けたＬＥＤに表示していた。しかし、ＬＥＤの表示では入力モードを認識しにくいために、誤った入力をするという問題があった。また、すべての入力モードに対してＬＥＤを設けることはスペースやコストの点で難点があった。さらに、入力モードの影響を受けるキーについては入力モードが表示されないため、たとえば、テン・キーと文字キーを共用するノートＰＣがテン・キー・モードに変化したときには、いずれがテン・キーであるかをキー・トップの印字だけでは認識しにくく、テン・キー・モードがほとんど使用されないといった事情も存在していた。
【００１０】
特許文献１のキー操作装置では、表示切替部と電子ペーパの間が複数の制御コードで接続されているため、長期間のキー操作により制御コードの破損をもたらしたりキーの機械的な運動に影響を与えてタッチ感を損なったりする。この点、特許文献２のキー釦構造ではそのような問題を解決するために、電子ペーパの電極とケースの表示部用配線とがキー釦の操作により離れてもよい構造になっている。
【００１１】
しかし、電子ペーパをコンピュータ用のキーボードのキー・トップに設けるには、既存のキーボードの構造をできるだけ変えないようにする必要がある。この点で特許文献２は、発明にかかるキー構造を携帯電話に適用した例を示しているが、各キーの周辺に表示部用配線を設けるケースが必要となるため、一般的なコンピュータ用のキーボードに適用することは困難で、隣接するキーとの間のスペースが少ないノートＰＣに適用することは一層困難である。
【００１２】
また、特許文献２のキー釦構造では、表示部用配線に印加される電圧のパターンは、表示の対象となるキー以外の他のモード・キーやメニュー・キーにより決定され、表示の対象となるキーの押下により生成されるものではないため、キーを押下して変更した入力モードの表示を当該キーの電子ペーパに表示するというコンピュータの入力モード操作キーに適用することはできない。
【００１３】
特許文献２には、押圧したときに電子ペーパの端子と配線側の端子が接続されてもよいことが記載されている。しかし、電子ペーパの表示を変更するには所定値以上の電圧を所定時間以上印加する必要があるため、キー釦の押下速度が電子ペーパの表示を変更するために確保すべき時間の制限を受けるため、コンピュータのキーボードに適用するためにはこの問題を解決する必要がある。
【００１４】
この点において特許文献３または特許文献４は電子ペーパにコンデンサを利用することは記載しているが、キーに実装された電子ペーパに印加する電圧の印加時間を補うためにコンデンサを使用することは示唆していない。さらに、入力モード操作キーに設けた電子ペーパの表示をキーの押下に連動して変更する際に、これまでのようにコンピュータ・システムが入力モードの決定を行うと、高速でキー入力をするユーザが使用するキーボード、ノートＰＣのようにキーのストロークが短いキーボード、またはスキャン・コードの転送にシリアル転送を介在する外付けのキーボードなどでは十分に電子ペーパに対する電圧の印加時間を確保できないという問題がある。
【００１５】
そこで本発明の目的は、既存のキーボードのアーキテクチャに与える影響を最小限にしながら、キー・トップに設けた電子ペーパによる入力モードの表示を可能にしたコンピュータの入力システムを提供することにある。さらに本発明の目的は、電子ペーパによる入力モードの表示が可能な電気機器のスイッチ回路を提供することにある。さらに本発明の目的は、そのような入力システムを備えたコンピュータを提供することにある。さらに本発明の目的は、キーボードのキーに配置された電子ペーパに入力モードを表示する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
コンピュータの入力システムは、一般に各キーのタッチ部分の間に所定のスペースを設けて押し間違えがないようにしたり、押下する操作に対して特有の反発力を与えて快適なクリック感を実現したりするための特有のアーキテクチャに基づいて製作されている。本発明は、このような操作性に関する既存のアーキテクチャの有利な点を損なわないようにしながらキー・トップに電子ペーパによる入力モードの表示を可能にする入力システムを提供する。
【００１７】
入力システムは、入力モードを変更する入力モード操作キーと、入力モード操作キーの表面に配置され入力モードの表示をすることができる電子ペーパと、複数のキーにそれぞれ対応して設けられ各キーの押下により接点が閉じるキー・スイッチを含む。さらに、電子ペーパに所定の電圧パターンを供給する電源側の接点と、電子ペーパに接続され入力モード操作キーの押下により電源側の接点に接触する表示側の接点を含む。
【００１８】
このような構成により、入力モード操作キーを押下することで、当該キーに配置された電子ペーパに電圧が供給されて所定の表示が行われる。電子ペーパはセグメント方式の表示回路で構成することができる。また、電子ペーパはマイクロ・カプセルと対向電極とセグメント電極を含む電気泳動方式の電子ペーパとすることができる。電子ペーパの対向電極とセグメント電極の間には、電源側の接点と表示側の接点が開いた後も電子ペーパに印加する電圧を維持するコンデンサを設けることができる。
【００１９】
その結果、電源側の接点と表示側の接点が接触している時間が短くてもその間にコンデンサの充電を完了して、その後コンデンサの電圧で電子ペーパに電圧を印加する時間を確保することができる。入力システムはさらに現在の入力モードを反転する反転信号に基づいて電源側の接点に所定の電圧パターンを出力する電圧パターン生成回路と、入力モード操作キーに対応するキー・スイッチの動作を検出して反転信号を電圧パターン生成回路に送る入力モード判定回路を含むようにしてもよい。
【００２０】
入力モード判定回路は、キー・マトリクスの入力モード操作キーに対応するスキャン・ラインとデコーダ・ラインに接続され入力モード操作キーが押下されたことを検出するハードウェア論理回路を含むようにしてもよい。また入力モード判定回路は、スキャン・コード生成回路から受け取ったスキャン・コードに基づいて入力モード操作キーが押下されたことを検出するハードウェア論理回路を含むようにしてもよい。
【００２１】
このような入力モード判定回路によれば、キー・スッチが動作してから短時間で当該入力モード操作キーの電子ペーパに変更後の入力モードに対応する電圧パターンを出力することができる。したがって、電圧パターンが現れた状態の電源側の接点と表示側の接点が接触している時間を確保することができる。入力モード判定回路は、入力モード操作キーの押下により生成されたスキャン・コードに基づいて入力モードを判断するコンピュータ・システムと、第１のハードウェア論理回路または前記第２のハードウェア論理回路により設定される入力モードを示すビットを含む状態レジスタと、コンピュータ・システムが判断した入力モードと状態レジスタのビットが示す入力モードを比較する検出回路と、検出回路に接続された表示回路を含んでもよい。
【００２２】
このような構成によれば、先にハードウェア論理回路が判断した入力モードの結果が、後からコンピュータ・システムが判断した結果と相違する場合に表示回路でユーザに通知することができる。電子ペーパは入力モード操作キーにより変更された入力モードの影響を受ける入力モード反映キーに配置することができる。そして、電圧パターン生成回路は入力モード操作キーの電子ペーパと入力モード反映キーの電子ペーパに対して所定の電圧パターンを出力することができる。
【００２３】
入力モード操作キーによる入力モードの変更は、２つのキーの押下の組み合わせにより実現するようにしてもよい。本発明の入力システムは、ノートブック型コンピュータおよびデスクトップ型コンピュータに適用することができる。さらに本発明のキー入力システムは、コンピュータ以外の電気機器のスイッチ回路に適用することもできる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明により、既存のキーボードのアーキテクチャに与える影響を最小限にしながら、キー・トップに設けた電子ペーパによる入力モードの表示を可能にしたコンピュータの入力システムを提供することができた。さらに本発明により、電子ペーパによる入力モードの表示が可能な電気機器のスイッチ回路を提供することができた。さらに本発明により、そのような入力システムを備えたコンピュータを提供することができた。さらに本発明によりキーボードのキーに配置された電子ペーパに入力モードを表示する方法を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】ノートＰＣが備えるキーボードのキー配列の一例を示す図である。
【図２】キーボード１０を構成するいずれかの入力モード操作キーまたは入力モード反映キーの断面図である。
【図３】「ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ」キー５２の表面に配置される電子ペーパ１０１と表示用配線１２５を説明する図である。
【図４】「ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ」キー５２にコンデンサを設ける様子を説明する図である。
【図５】ノートＰＣに搭載されたキーボード１０を含む入力システムの構成を示す機能ブロック図である。
【図６】キー１００が押下されてから復帰するまでのキー・スイッチ１１９の動作、表示スイッチ１１３の動作、および電圧パターンが出力されるまでの時間的な関係を示す図である。
【図７】電圧パターン生成の準備を短時間で終了する入力システムの構成を示す機能ブロック図である。
【図８】図７の入力システムの動作を説明するフローチャートである。
【図９】電子ペーパの表示内容の他の例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
［キー配列］
図１は、ノートＰＣが備えるキーボードのキー配列の一例を示す図である。キーボード１０は、テン・キーが文字キーと共用となっているいわゆるテンキー・レス・キーボードといわれるタイプである。本発明にかかるキーボードは、ＰＳ／２インターフェースやＵＳＢでデスクトップ型コンピュータに使用されるフル・キーボードであってもよい。フル・キーボードではテン・キーが独立して設けられる。各キーは上からみたときに、キー・トップが平坦な部分とその周辺に傾斜した部分を含む構造になっており、キー・トップの平坦な部分を押下する限り隣接するキーを押下することがないように構成されている。
【００２７】
キーボード１０は、入力モードを変更するキーの一例としての〔Ｉｎｓｅｒｔ〕キー５１、〔ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ〕キー５２、および〔ＣａｐｓＬｋ〕キー５３と、それらのキーと組み合わせて操作する〔Ｓｈｉｆｔ〕キー５４および〔Ｆｎ〕キー５５を含む。キーボード１０はさらに点線で囲んだ１０個の共用キー５６を含む。共用キー５６は、〔ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ〕キー５２の操作による入力モードの変更により文字キーまたはテン・キーとして機能する。
【００２８】
テキスト入力が可能なアプリケーションに対して〔Ｉｎｓｅｒｔ〕キー５１を１度押下するとキーボード１０からの入力モードが上書きモードに変化し、再度押下すると挿入モードに変化する。このときある種のアプリケーションでは、ステータス・バーに現在の入力モードを表示する。また、〔Ｓｈｉｆｔ〕キー５４を押下しながら〔ＣａｐｓＬｋ〕キー５３を押下すると、文字キーからの入力モードが大文字モードに変化し、同様に再度押下すると小文字入力モードに戻る。
【００２９】
〔Ｆｎ〕キー５５を押下しながら〔ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ〕キー５２を押下すると、共用キー５６がテン・キー・モードになり、再度押下すると通常モードとなる。キーボード１０を搭載するノートＰＣ１０では、入力モードが大文字モードやテン・キー・モードに変化したときは、キーボード１０またはディスプレイに設けたＬＥＤが点灯してユーザに知らせるようになっているが、〔Ｉｎｓｅｒｔ〕キー５１の押下による入力モードの状態はＬＥＤには表示されない。さらに、〔ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ〕キー５２を単独で押下するたびに、表計算をするアプリケーションの入力モードがスクロールしたときに選択したセルが移動しないスクロール・ロック・モードに変化したりそれが解除されたりする。
【００３０】
〔Ｉｎｓｅｒｔ〕キー５１、〔ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ〕キー５２、および〔ＣａｐｓＬｋ〕キー５３などは、キーボード１０からの入力モードを変更することができるキーであり、以後このようなキーを入力モード操作キーということにする。入力モード操作キーは、キーを押下したときに入力モードが変更されその後解放しても変更した入力モードを維持するような操作をするキーをいう。入力モード操作キーは、キーを押下してから解放したときに入力モードを変更するタイプであってもよい。
【００３１】
入力モード操作キーはさらに、全角入力と半角入力を切り換えるキーや、日本語キーボードにおけるローマ字入力とひらがな入力といったように入力文字モードを切り換えるキーも存在する。〔Ｓｈｉｔ〕キー５４を押下してから文字キーを押下して大文字で入力する場合と、文字キーだけを押下して小文字で入力する場合との間でも入力モードが変化しているが、このように当該キーの操作のときだけ入力モードを変更する〔Ｓｈｉｆｔ〕キー５４は入力モード操作キーには含めない。このようなキーは、入力モードの変更が一時的であるため、入力モードを表示する意義が少ないからである。ただし本発明は、このようなキーの現在の機能を電子ペーパに表示をすることを排除するものではない。
【００３２】
入力モード操作キーには、上述のように単独で操作するものもあれば、〔Ｆｎ〕キー５５または〔Ｓｈｉｆｔ〕キー５４といったような補助キーと組み合わせて操作するものもある。また、キーの中には入力モードの影響を受けるキーと影響を受けないキーが存在する。たとえば、１０個の共用キー５６は、テン・キー・モードの影響を受ける。また、日本語キーボードでは、それぞれの文字キーのキー・トップにローマ字とひらがな文字が刻印されるが、そのような複数の文字キーは入力文字モードの影響を受ける。このように入力モードの影響を受けるキーを入力モード反映キーということにする。
【００３３】
〔電子ペーパを実装したキーの構造〕
図２は、キーボード１０を構成するいずれかの入力モード操作キーまたは入力モード反映キーの断面図である。本発明は、押下されたキー・トップが一定のストロークだけ変位してキー・スイッチを動作させる押下式のキーボードに適用する。押下式のキーボードにはキーの数に対応するメカニカル・スイッチを備える独立スイッチ式およびメンブレン・シートを備えるメンブレン式などがある。本発明は、操作時にキー・トップに機械的な変位またはストロークが生じないようなタッチ式の静電容量型キーボードは除く。また、メンブレン式には、アクチュエータ機構としてラバー・ドーム、パンタグラフ、またはバックリング・スプリング（座屈ばね）などを使用するものがあるが、本発明にはそれらのいずれの方式も適用できる。図２に例示するキー１００は、ラバー・ドームとパンタグラフを組み合わせた機構を採用している。
【００３４】
下部プレート１２１の上にはメンブレン・シート１１７が配置され、メンブレン・シート１１７の上には上部プレート１１５が配置されている。メンブレン・シート１１７は、表面に多数の配線パターンと接点がそれぞれ印刷された２枚のプラスチック・フィルムを、スペーサを挟んで重ね合わせた構造になっている。一方のプラスチック・フィルムの各接点は、スキャン・ラインに接続され、他方のプラスチック・フィルムの各接点はデコーダ・ラインに接続される。
【００３５】
スキャン・ライン、デコーダ・ライン、および２つの接点で構成された各キー・スイッチ１１９は図５のキー・マトリクス１６１を構成する。スキャン・ラインは図５のスキャン・ドライバ１３に接続され、デコーダ・ラインは図５のデコーダ１５に接続される。メンブレン・シート１１７はキー１００が押下されたときに、キー・スイッチ１１９が閉じてスキャン・ラインおよびデコーダ・ラインを通じてキーの物理的な位置を示すキー信号を出力する。上部プレート１１５はキー・スイッチ１１９の周辺に開口が形成されており、メンブレン・シート１１７はラバー・ドーム１２９から押下されたキー１００の圧力を受けることができるように開口部分で露出している。
【００３６】
メンブレン・シート１１７が露出している部分の上には、ラバー・ドーム１２９が配置される。ラバー・ドーム１２９はキー・トップ１０３の押下する際の圧力をリンク機構１０５から受けて下方向に沈み、圧力が解放されたときにその復元力でもとの形状に戻ることができるようになっている。パンタグラフ機構をなす一対のリンク機構１０５、１０７の中でリンク機構１０５は、ラバー・ドーム１２９の頂部を押圧する圧力部（図示せず。）を備えている。リンク機構１０５は、固定軸１０５ｂと可動軸１０５ａを備え、リンク機構１０７は固定軸１０７ａと可動軸１０７ｂを備えている。固定軸１０７ａは、キー・トップ１０３の裏側に形成された軸受け部の中で回動できるようになっている。固定軸１０５ｂは上部プレート１１１に形成された軸受け部の中で回動できるようになっている。
【００３７】
キー１００が押下されたときに、可動軸１０５ａはキー・トップ１０３の裏側に形成された軸受け部を摺動して位置１０５ａ‘まで移動し、可動軸１０７ｂは上部プレート１１１に形成された軸受け部を摺動して位置１０７ｂ’まで移動する。リンク機構１０５、１０７はそれぞれの中央部分で互いに回動できるようにＸ字状に連結されている。ユーザがキー１００を押下するとリンク機構１０５、１０７およびラバー・ドーム１２９は、キー・トップ１０３がほぼ押下前の姿勢を保ちながら変位する。
【００３８】
リンク機構１０５の圧力部によりラバー・ドーム１１９の頂部が圧力を受けて変形するときに指に反発力を与える。ラバー・ドーム１１９は、変形の限界まで反発力を発揮するが限界まで到達すると頂部が凹んで急激に反発力が弱まってキー・トップ１０３が沈み込みキー・スイッチ１１９が動作する。このような反発力はユーザにキーが確実に動作したことの安心感と良好なクリック感を提供するため、キー１００は電子ペーパを組み込む際にリンク機構１０５、１０７およびラバー・ドーム１１９の運動を妨げないようにする必要がある。
【００３９】
キー・トップ１０３の表側には電子ペーパ１０１が配置され、電子ペーパ１０１の上には透明なキー・カバー１２７が配置されている。電子ペーパ１０１からは複数の配線が表示スイッチ１１３の一方の接点１０９に接続される。接点１０９は、各キーにおいて電子ペーパ１０１の表示に必要な配線の数だけ設けられる。上部プレート１１５には、表示スイッチ１１３の他方の接点１１１が設けられている。接点１１１は、接点１０９に対応する数だけ設けられている。
【００４０】
接点１１１に接続される配線１２３は、上部プレート１１５を貫通してメンブレン・シート１１７の上に形成された表示用配線１２５に接続されている。表示用配線１２５は、図５で参照番号１２５ａ〜１２５ｃとして示すように電圧パターン生成回路１９に接続される。キー１００が押下されたときにキー・スイッチ１１９の接点が閉じて出力されたキー信号により入力モードが判定され、表示用配線１２５には変更後の入力モードに対応する電圧パターンが現れる。電圧パターンの生成方法は後に詳述する。
【００４１】
キー・スイッチ１１９を動作させる１回のキー１００の操作の中で接点１０９が接点１１１と所定の時間接触すると、電圧が印加された電子ペーパ１０１は表示用配線１２５に現れる電圧パターンに基づいて入力モードの表示を変更または反転する。表示スイッチ１１３の構造は、電子ペーパ１０１に電圧を印加するための配線および接点が、リンク機構１０５、１０７およびラバー・ドーム１２９の運動をあまり妨げることがないので、良好な操作性を維持することができる。
【００４２】
〔電子ペーパ〕
図３は、「ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ」キー５２の表面に配置される電子ペーパ１０１と表示用配線１２５を説明する図である。キー・トップ１０３は表面が一例として黒色に着色されている。図３（Ａ）に示すように「ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ」キー５２の周囲には、表示用スイッチ１１３ａ〜１１３ｃで電子ペーパ１０１に接続可能なように、３本の表示用配線１２５が配置されている。
【００４３】
図３（Ｂ）に示すようにキー・トップ１０３の表面の位置１５１、１５３には、それぞれ図３（Ｃ）に示す電気泳動方式の電子ペーパ１５５、１５７が配置される。電子ペーパ１５５、１５７は、セグメント・タイプの反射型表示媒体で、文字を構成する領域に複数のマイクロ・カプセルが配置される。電子ペーパ１５５、１５７の文字を構成する領域以外の背景領域には、マイクロ・カプセルは配置されておらず、かつ、キー・トップ１０３の表面と同じ黒色に着色されている。マイクロ・カプセルには、透明な液体の中に負に帯電した黒色微粒子と正に帯電した白色微粒子が充填され、さらに表示側に透明な対向電極が設けられ裏側にセグメント電極が設けられる。
【００４４】
電子ペーパ１５５はセグメント電極に負の電圧を印加すると白色の泳動粒子が対向電極側に移動して背景の色との対比で文字「ＳｃｒＬｋ」が認識できるようになり、正の電圧を印加すると黒色の泳動粒子が対向電極側に移動して背景の色との対比で文字「ＳｃｒＬｋ」を認識できなくなる。したがって、電子ペーパ１５５は、背景の色との対比でセグメント電極に負の電圧を印加すると文字を表示し、正の電圧を印加すると表示が消える。電子ペーパ１５７も同様の原理で表示する。
【００４５】
「ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ」キー５２では、文字「ＳｃｒＬｋ」と文字「ＮｍＬＫ」を独立して表示または非表示にする２つのセグメント電極と対向電極に合計で３本の配線が必要となる。なお、電子ペーパ１５５の背景領域にもマイクロ・カプセルを設けて、バック・グランを常に黒に表示したり、文字領域と背景領域の色を同時に変えたりすることもできるが、その場合は背景領域のセグメント電極に対する配線も含めて合計で４本の配線が必要となる。
【００４６】
電子ペーパ１５５、１５７は、白と黒の２色で背景領域の色との対比で文字を表示するため、背景領域の色と文字を表示しないときの文字領域の色を一致させると、文字が消えて当該キーの機能を認識できなくなる。それを防ぐために、背景領域の色を白色または黒色からわずかに変えたり、キー・カバー１２７に電子ペーパの文字が消えても視認できるように薄い着色や凹凸を加えたりすることが望ましい。なお、背景領域の色と文字領域の色を同時に反転させるように電圧を印加して文字が消えないようにすることもできる。
【００４７】
電子ペーパには、２つの文字が重なるようにしてマイクロ・カプセルを配置していずれか一方の文字だけを表示することもできる。たとえば、図９（Ａ）に示すように電子ペーパに文字「Ａ」と文字「Ｏ」が重なるようにマイクロ・カプセルを配置する。セグメント電極は、文字「Ａ」だけを表示する部分と、文字「Ｏ」だけを表示する部分と、文字「Ａ」および文字「Ｏ」の表示に共通する部分に分けることでいずれか一方の文字を表示することができる。
【００４８】
図８（Ｂ）は、電子ペーパをキーではなくて、音量を変化させる押しボタンに適応した例を示す。押しボタンには、キー・スイッチに対応する主スイッチと表示スイッチを設けることで図２のキー１００と同様に構成することができる。そして、押しボタンが押下されるたびに現在の音量レベルが変化したときに、電子ペーパの表示が変わるようにすることができる。なお、電子ペーパには、電気泳動式だけでなく半球ごとに白色と黒色に塗り分けられた球形微粒子を使用するツイスト・ボール式や着色した液体に１色の帯電微粒子だけを詰め込んだ方式などの他の原理のものを使用することもできる。
【００４９】
〔補助コンデンサ〕
電子ペーパ１５５、１５７は、帯電した微粒子を対向電極まで移動させるために、絶対値で１５Ｖ以上の直流電圧を約２００ｍ秒以上継続して印加する必要がある。電子ペーパ１５５、１５７を搭載したキーを通常の速度で操作したときは、表示スイッチ１１３が閉じて電子ペーパに電圧が印加される時間が、この条件を満たすことは困難である。本実施の形態では、電圧パターンが現れている表示用配線１２５側の接点１１１と電子ペーパ側の接点１０９が短時間で離れても電子ペーパの表示が可能なように、対向電極とセグメント電極の間にコンデンサを接続する。
【００５０】
図４は、「ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ」キー５２に設けるコンデンサを説明する図である。電子ペーパ１５５、１５７は、それぞれ対向電極１５５ａ、１５５ｂ、セグメント電極１５５ｂ、１５７ｂ、カプセル・モジュール１５５ｃ、１５７ｃを含んでいる。対向電極１５５ａと対向電極１５７ａは相互に接続されて、さらに、接点１０９ａに接続されている。セグメント電極１５５ｂは接点１０９ｃに接続され、セグメント電極１５７ｂは接点１０９ｂに接続されている。
【００５１】
そして、対向電極１５５ａ、１５７ａとセグメント電極１５５ｂとの間には、コンデンサ１５５ｄが接続され、対向電極１５５ａ、１５７ａとセグメント電極１５７ｂとの間には、コンデンサ１５７ｄが接続される。コンデンサ１５５ｄ、１５７ｄの静電容量は一例として４．７μＦとしている。コンデンサ１５５ｄ、１５７ｄの電圧は、絶対値が１８Ｖの直流電圧が４ミリ秒程度の間印加されると充電が完了する。
【００５２】
表示用配線１２５に電圧パターンが現れているときに表示スイッチ１１３が閉じると、最初にコンデンサ１５５ｄ、１５７ｄが充電される。コンデンサ１５５ｄ、１５７ｄの充電が相当進行するまで電子ペーパ１５５、１５７には表示を変更するに必要な電圧は印加されない。しかし、電子ペーパ１５５，１５７はほとんど電力を消費しない。
【００５３】
したがって、コンデンサ１５５ｄ、１５７ｄの充電が完了して端子電圧が１８Ｖまで上昇すると、コンデンサ１５５ｄ、１５７ｄは対向電極１５５ａ、１５７ａとセグメント電極１５５ｂ、１５７ｂの間の電圧を２００ミリ秒以上の間１５Ｖ以上に維持して電子ペーパの表示をすることができる。これは、コンデンサ１５５ｄ、１５７ｄにすでに充電されている電圧と逆極性の電圧を印加する場合にもほぼあてはまる。したがって、キーボード１０を高速でタイピングするような場合にも対応して電子ペーパの表示は反転することができる。コンデンサ１５５ｄ、１５７ｄは、キー・トップ１０３の裏側に取り付ける。
【００５４】
〔キー入力システム〕
図５は、ノートＰＣに搭載されたキーボード１０を含む入力システムの構成を示す機能ブロック図である。ＬＥＤ表示回路１１はコンピュータ・システム３３からのコマンドに基づいて、キーボード１０の入力モードを示すＳｃｒＬｋ、ＣａｐｓＬｋ、およびＮｍＬｋの表示をする。キー・マトリクス１６１は、１６本のスキャン・ライン１６３でスキャン・ドライバ１３に接続され、８本のデコーダ・ライン１６５でデコーダ１５に接続される。キー・マトリクス１６１のデコーダ・ラインの中でデコーダ１５に接続されない方の端部は電圧源に接続される。スキャン・ドライバ１３では、各スキャン・ライン１６３とグラウンドとの間にそれぞれスキャン・スイッチが接続されている。
【００５５】
スキャン・ドライバ１３は、ある瞬間はいずれか１本のスキャン・ライン１６３がグランドに接続されるようにスキャン・スイッチを順番にオン／オフする。スキャン・ドライバ１３は、１番目のスキャン・ラインから１６番目のスキャン・ラインまで順番にスキャン・スイッチをオン／オフに切り換えたあとにまた１番目のスキャン・ラインに戻り以後この動作を繰り返す。スキャン・ドライバ１３がスキャン・ライン１６３を一巡する時間をスキャン・サイクルという。
【００５６】
キー・マトリクス１６１は、スキャン・ライン１６３とデコーダ・ライン１６５を通じてスキャン・ドライバ１３とデコーダ１５に、押下されたキーの物理的な位置を特定するためのキー信号を送る。デコーダ１５は、スキャン・ドライバ１３の動作とタイミングを一致させながら、同時に８本のデコーダ・ライン１６５の電位を読み取る。スキャン・コード生成回路１７は、ある瞬間に電位がグラウンド・レベルになっているスキャン・ライン１６３と、同じタイミングでグラウンド・レベルになっているデコーダ・ライン１６５を認識することで、押下されたキーの物理的な配置を認識してそれに対応するスキャン・コードを生成する。
【００５７】
スキャン・コードは、各キーに割り当てられた１バイト〜４バイトのデータでキーボード１０上におけるキーの物理的な位置を示すデータである。スキャン・コードは、キー・スイッチ１１９が閉じたときに生成されるメイク・コードと解放されたときに生成されるブレーク・コードで構成されている。インターフェース２３は、Ｉ／Ｏポートが６０ｈと６４ｈにマッピングされた８ビットのレジスタと、割り込みコントローラを含む。
【００５８】
コンピュータ・システム３３は、ＣＰＵ２７、ＯＳ２９、アプリケーション３１および図示しないメイン・メモリ、デバイス・ドライバ、ＢＩＯＳなどで構成されている。インターフェース２３は、スキャン・コード生成回路１７によりＩ／Ｏポート６０ｈのレジスタにスキャン・コードが書き込まれるとＣＰＵ２７に割り込みを発生させる。割り込みを受けたＣＰＵ２７では、ＯＳ２９およびアプリケーション３１が実行される。
【００５９】
ＯＳ２９のキーボード・ドライバは、Ｉ／Ｏポート６０ｈから読み取ったスキャン・コードをコンピュータ・システム３３の内部で使用する文字コードに変換してアプリケーション３１に送る。コンピュータ・システム３３は、入力モード操作キーが押下されると当該キーのスキャン・コードから入力モードが変更されたことを認識する。ＯＳ２９はたとえば、入力モードが大文字モードに変更されると以後文字キーからの入力を、大文字を示す文字コードに変換してその時点でアクティブなウインドウを有するアプリケーションに送る。
【００６０】
ＯＳ２９はまた、変更された入力モードをキーボード１０に通知するために、Ｉ／Ｏポート６０ｈにＬＥＤ１１を表示させるコマンドとデータを書き込む。インターフェース２３がレジスタにたとえば大文字モードを示すコマンドとデータを受け取ると、スキャン・コード生成回路１７はＬＥＤ表示回路１１のＣａｐｓＬｋに対応するＬＥＤを点灯する。
【００６１】
電子ペーパ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃはそれぞれ〔Ｉｎｓｅｒｔ〕キー５１、〔ＣａｐｓＬｋ〕キー５３、および〔ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ〕５２キーに配置されている。ＯＳ２９は入力モード操作キーの押下によりメイク・コードが生成されたときに変更された入力モードを認識する。〔Ｉｎｓｅｒｔ〕キー５１、〔ＣａｐｓＬｋ〕キー５３は、入力モードを示す文字が１つなので、電子ペーパ１０１ａ、１０１ｂのセグメント電極はそれぞれ１つである。〔ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ〕キー５２は、入力モードを示す文字が２つあるのでセグメント電極は２つある。図５には記載していないが、操作モード反映キーである共有キー５６にも電子ペーパを設けて、電子ペーパ１０１ｃと同じグループになるように接続してもよい。その結果、〔ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ〕キー５２が操作されて、テン・キー・モードが有効になったときに共有キー５６の電子ペーパの表示も変更することができる。
【００６２】
電子ペーパ１０１ａ〜１０１ｃは、表示用配線１２５ａ〜１２５ｃで電圧パターン生成回路１９に接続されている。電圧パターン生成回路１９には電子ペーパ１０１ａ〜１０１ｃの電圧源となるＤＣ／ＤＣコンバータ２５が接続され、所定の電子ペーパに入力モードに応じた電圧パターンを出力するハードウェア論理回路である。ＤＣ／ＤＣコンバータ２５は、ＤＣ±１８Ｖの電圧を電圧パターン生成回路１９に供給する。入力モード操作キーの押下によりメイク・コードが生成されて入力モードが変更されたことを認識したＯＳ２９は電子ペーパ１０１ａ〜１０１ｃの表示を変更するために、ＬＥＤを点灯させるときと同じようにインターフェース２３のレジスタに変更された入力モードを示すコマンドとデータを書き込む。
【００６３】
コマンドを受け取ったスキャン・コード生成回路１７は、電圧パターン生成回路１９に入力モードを変更する信号を送る。ＬＥＤを点灯させるコマンドを受け取る場合は、スキャン・コード生成回路１７はそのときのデータを送る。電圧パターン生成回路１９は、入力モードを変更するデータを受け取ると、対応するキーを特定して電圧パターンを生成し出力する。なお、キーボード１０が、システム本体から分離してＵＳＢやＰＳ／２などのキーボード・インターフェースで接続される場合には、キー・マトリクス１６１とスキャン・コード生成回路１７との間に、スキャン・コードをシリアル信号に変換する回路を含み、さらにスキャン・コード生成回路１７は、シリアル信号をパラレル信号に変換する回路を含むように構成することができる。
【００６４】
〔キー入力システムの他の例〕
図５のキー入力システムでは、変更された入力モードを示すデータを、スキャン・コード生成回路１７からスキャン・コードを受け取ったＯＳ２９が生成していた。このときの時間的な様子を、図６を参照して説明する。図６は、キー１００が押下されてから復帰するまでのキー・スイッチ１１９の動作、表示スイッチ１１３の動作、および電圧パターンが出力されるまでの様子を左から右への時間の流れとして示している。
【００６５】
押下前にはキー・トップ１０３が時刻ｔ１で上死点に位置している。キー１００が押下されると時刻ｔ２で表示スイッチ１１３の接点が閉じ、時刻ｔ３でキー・スイッチ１１９の接点が閉じる。キー・スイッチ１１９が閉じると、メイク・コードが生成されてコンピュータ・システム３３は入力モードの変更を認識する処理を開始する。表示スイッチ１１３がキー・スイッチ１１９より先に閉じる必要はないが、表示スイッチ１１３はメイク・コードが生成されてからできるだけ長い時間接点が閉じていることが望ましいため、先に閉じるようにした方が有利である。
【００６６】
メイク・コードが生成されるとその後それを受け取ったＣＰＵ２７が、キーボード１０が入力モードを変更する要求をしていることを認識して、インターフェース２３にコマンドと変更された入力モードを示すデータを送る。そして時刻ｔ３から電圧パターン生成回路１９が電圧パターンを出力する時刻ｔ５まで電圧パターンの生成のための準備時間となる。キー・スイッチ１１９が閉じてからわずかなラバー・ドーム１２９の弾力とキー・スイッチ１１９のストロークにより、時刻ｔ４でキー・トップ１０３が下死点まで移動する。その後ユーザがキー１００から指の力を抜くと、キー１００はラバー・ドーム１２９の弾力により復帰する方向に変位する。
【００６７】
時刻ｔ５で電圧パターンの生成準備が完了すると電圧パターン生成回路１９はただちに電圧パターンを出力し、所定の時間が経過した時刻ｔ９で電圧パターンの出力を停止する。なお電子ペーパは表示を維持するための電力を消費しないため、電圧パターンの出力は、その後電子ペーパが書き換えられるまで維持しておいてもよい。キー・トップ１０３が下死点から上死点に向かうときには、時刻ｔ６でキー・スイッチ１１９の接点が解放されてブレーク・コードが生成され、時刻ｔ７で表示スイッチ１１３の接点が離れる。電圧パターンが生成されかつ表示スイッチ１１３が閉じている時間帯でコンデンサ１５５ｄ、１５７ｄが充電される。
【００６８】
このとき、コンデンサ１５５ｄ、１５７ｄが完全に充電されるためには、充電時間ｔが４ミリ秒以上必要となる。しかし、電圧パターンを生成する準備時間が長くなって時刻ｔ５が遅延すると、この充電時間ｔを確保できなくなる。時刻ｔ７を遅らせて表示スイッチ１１３が閉じている時間を長くすることは、キー１００のストロークや操作性の観点から限界がある。特に、ＰＳ／２やＵＳＢのインターフェースを使ってキーボードをコンピュータに接続する場合は、シリアル転送に費やす時間も必要となり、タイプ速度の速いユーザに対応できない場合もある。また、ノートＰＣのようにキーのストロークが短いキーボードでも充電時間ｔの確保が難しくなる。したがって、入力モード操作キーが押下された後はできるだけ速く電子ペーパ１０１に対する電圧パターンを生成する必要がある。
【００６９】
図７は、電圧パターン生成の準備を短時間で終了する入力システムを示す構成を示す機能ブロック図である。図７では、図５と同一の要素については同一の参照番号を付与して説明を省略する。また、図７からは図５に記載したＬＥＤ表示回路１１、ＯＳ２９、アプリケーション３３およびＤＣ／ＤＣコンバータ２５を省略しているが、図７にはこれらの要素も含むものとする。さらにスキャン・ラインおよびデコーダ・ラインの数は、説明に必要な範囲だけを示している。
【００７０】
入力モード判定回路２０５を構成する各要素は、いずれもハードウェア論理回路で形成されている。入力モード判定回路２０５は、キー操作検出回路２０１ａ〜２０１ｃを含む。キー操作検出回路２０１ａ〜２０１ｃは、それぞれ特定の入力モード操作キーに対応して設けられている。キー操作検出回路２０１ａ〜２０１ｃは入力がそれぞれ１対または２対の特定のスキャン・ラインと特定のデコーダ・ラインに接続され出力が反転回路２１１に接続されている。キー操作検出回路２０１ａ〜２０１ｃは１対のキー信号の入力が同時にグランド・レベルに遷移したときに当該キーの押下を検出して反転信号を出力する。
【００７１】
キー操作検出回路２０１ａは〔Ｉｎｓｅｒｔ〕キー５１に対応しており、〔Ｉｎｓｅｒｔ〕キー５１が押下されたときに現在の入力モードを上書きモードまたは挿入モードのいずれかに反転する反転信号を出力する。キー操作検出回路２０１ｂは〔Ｓｈｉｆｔ〕キー５４と〔ＣａｐｓＬｋ〕キー５３に対応し、〔Ｓｈｉｆｔ〕キー５４と〔ＣａｐｓＬｋ〕キー５３が同時に押下されたときに現在の入力モードを大文字モードまたは小文字モードのいずれかに反転する反転信号を出力する。
【００７２】
キー操作検出回路２０１ｃは、〔Ｆｎ〕キー５５と〔ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ〕キー５２に対応しており、〔Ｆｎ〕キー５５と〔ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ〕キー５２が同時に押下されたときに、現在の入力モードをテン・キー・モードまたは通常モードのいずれかに反転する反転信号を出力する。キー操作検出回路２０１ｂ、２０１ｃは、それぞれ２つのキーのキー信号を認識する順番も判定する。キー操作検出回路２０１ｂは、先に〔Ｓｈｉｆｔ〕キー５４のキー信号を検出したときだけ反転信号を出力し、キー操作検出回路２０１ｃは、〔Ｆｎ〕キー５５が先に押下されたときだけ反転信号を出力する。
【００７３】
入力モード判定回路２０５はさらに、状態レジスタ２０７、検出回路２０９、反転回路２１１、出力回路２１３および表示回路２１５を含む。状態レジスタ２０７は、３つの入力モードに対応するように３ビットで構成され、それぞれが現在の入力モードを保持する不揮発性のレジスタである。検出回路２０９は、スキャン・コード生成回路１７から受け取ったスキャン・コードに基づいてコンピュータ・システム３３が認識した変更後の入力モードを示すデータをスキャン・コード生成回路１７が受け取ったときに、状態レジスタ２０７の対応する入力モードのビットと比較して両者が一致するか否かを検査する。両者が一致しないと判断したときは表示回路２１５を点滅させてユーザに知らせる。
【００７４】
反転回路２１１は、キー操作検出回路２０１ａ〜２０１ｃから反転信号を受け取ると状態レジスタ２０７の対応する位置のビットを反転させる。出力回路２１３は、状態レジスタ２０７のビットが反転されるたびに、対応するキーの電子ペーパのセグメント電極に印加する電圧パターンを反転させる。図７では、電子ペーパ１０１ｃと電子ペーパ１０１ｄが同じグループとなるように接続されている。電子ペーパ１０１ｄは共有キー５６に設けられている。
【００７５】
したがって、〔Ｆｎ〕キー５５と〔ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ〕キー５２が同時に押下されて、入力モードがテン・キー・モードまたは通常モードのいずれかに変化したときは、入力モード操作キーである〔ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ〕キー５２と、入力モード反映キーである共有キー５６の表示用配線１２５ｃの電圧パターンが反転する。入力モード反映キーの電子ペーパ１０１ｄの表示は、表示用配線１２５ｃの電圧パターンが変化した後であってもキーが押下されない限り変化しない。
【００７６】
しかし、一旦押下されるとその後さらに変化した電圧パターンが表示用配線１２５ｃに現れかつキーが押下されるまで表示は維持される。ユーザは、〔ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ〕キー５２の表示が変更されたあとに一旦１０個の共有キー５６を仮に押下してからテン・キーとしての利用を開始することもできる。この場合、電圧パターン生成回路２０３は入力モード反映キーの表示用配線１２５ｃに対してつぎの電圧パターンを生成するまで最初の電圧パターンを出力し続ける。さらに、共有キー５６には、電子ペーパ１０１ｄに電圧を印加するための機械的なアクチュエータを設けて、入力モードが変化したときにアクチュエータを動作させて表示スイッチ１１３を一時的に閉じることで表示を変更することもできる。
【００７７】
スキャン・ドライバ１３、デコーダ１５は図５で説明したのと同じ動作をしてコンピュータ・システム３３にスキャン・コードを送る。コンピュータ・システム３３は押下されたキーのスキャン・コードを処理する。ＯＳ２９は受け取ったスキャン・コードから入力モードが変更されたことを認識すると、インターフェース２３に認識した入力モードを示すコマンドとデータを書き込む。スキャン・コード生成回路１７は、ＯＳ２９が認識した入力モードを示す信号を検出回路２０９に送る。なお、キー操作検出回路２０１ａ〜２０１ｃは、スキャン・コード生成回路１７からスキャン・コードを受け取って、反転信号を生成するようにしてもよい。
【００７８】
入力モードの中には、上書きモードと挿入モードのように特定のアプリケーションにだけ有効なものがある。このような入力モードに関しては、ＯＳ２９は、当該入力モードを設定したアプリケーションのウインドウがアクティブなときは設定された入力モードを有効にし、当該ウインドウがバックグランドになったときは入力モードを復帰するようにインターフェース２３にコマンドとデータを書き込むことができる。
【００７９】
つぎに、図７の入力システムの動作を図８のフローチャートを参照して説明する。ブロック３０１では、ノートＰＣの電源が投入されたときに、状態レジスタ２０７はそれまで保持していたビット・パターンに対応する信号で電圧パターン生成回路２０３を設定する。電圧パターン生成回路２０３は、それぞれの電子ペーパ１０１ａ〜１０１ｄに対する表示用配線１２５ａ〜１２５ｃに対して電圧パターンを出力する。
【００８０】
電子ペーパ１０１ａ〜１０１ｄは、ノートＰＣの電源が停止しても相当長い期間それまでの表示を維持するため、電子ペーパ１０１ａ〜１０１ｄの表示と表示用配線１２５ａ〜１２５ｃに現れる電圧パターンは一致している。ブロック３０３で、たとえば〔ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ〕キー５２キーに関する現在の入力モードが通常モードだとしたときに、ユーザが〔Ｆｎ〕キー５５を先に押下しながら〔ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ〕キー５２を押下する。
【００８１】
押下する前の電子ペーパ１０１ｃでは、入力モードが通常モードであったために文字〔ＮｍＬｋ〕が消えている。このキー操作に応じてキー・マトリクス１６１からキー信号が出力される。キー信号は入力モード判定回路２０５とシステム３３で並行して処理される。ブロック３０５では入力モード判定回路２０５においてキー操作検出回路２０１ｃだけが反転信号を出力する。反転回路２１１は、状態レジスタ２０７のテン・キー・モードに対応するビットを反転する。
【００８２】
出力回路２１３は、入力モードが通常モードからテン・キー・モードに反転したことを示す信号を電圧パターン生成回路２０３に送る。ブロック３０７で電圧パターン生成回路２０３が電圧パターンを反転させると、電子ペーパ１０１ｃ、１０１ｄに対する表示用配線１２５ｃの電圧パターンが反転して、キー操作が行われた〔ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ〕キー５２キーの電子ペーパ１０１ｃには文字〔ＮｍＬｋ〕が表示される。共有キー５６の電子ペーパ１０１ｄについては、表示用配線１２５ｃに変化後の入力モードを示す電圧パターンが現れる。
【００８３】
ここまでの処理は、ハードウェア論理回路だけで処理されるため図６の時刻ｔ５は早期に到来し、〔ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ〕キー５２はコンデンサ１５５ｄ、１５７ｄの充電時間を十分に確保することができる。共用キー５６の電子ペーパ１０１ｄは、対応する表示用配線１２５ｃの電圧パターンが変更されているので、それ以後押下された時点で表示が反転する。一方、コンピュータ・システム３３の処理ルートでは、ブロック３０９でキー・マトリクス１６１が出力したキー信号をスキャン・ドライバ１３とデコーダ１５が処理してスキャン・コード生成回路１７がスキャン・コードを生成する。
【００８４】
コンピュータ・システム３３は、受け取ったスキャン・コードから変更後の入力モードを認識して、ブロック３１１でスキャン・コード生成回路１７に認識した入力モードを示すコマンドとデータをインターフェース２３に送る。インターフェース回路２３が受け取ったデータは、スキャン・コード生成回路１７が読み取る。ブロック３０９、３１１の処理はコンピュータ・システム３３によるソフトウェアの処理や、場合によってはシリアル転送のための時間を含むためブロック３０５、３０７の処理に比べて長い時間を必要とする。
【００８５】
ブロック３１５では、検出回路２０９がスキャン・コード生成回路１７から受け取った入力モードを示す信号と状態レジスタ２０７のビットが示す入力モードとを比較する。検出回路２０９が両方の入力モードが一致していると判断したときは、ブロック３１７で表示用配線１０１ｃの電圧パターンは維持される。検出回路が両方の入力モードが一致しないと判断したときはブロック３１９で表示ランプ２１５を点滅させる。
【００８６】
上記の手順によれば、入力モード操作キーが押下されたときは、ハードウェア論理回路がキー信号から押下されたキーを検出して、先に現在の入力モードを反転させるために、電子ペーパに対する４ミリ秒の充電時間を十分に確保することができる。しかし、何らかの事情でコンピュータ・システム３３が認識する入力モードと電子ペーパが表示する入力モードがずれることも予想される。
【００８７】
また特定のアプリケーションに対してだけ有効な入力モードも存在し、当該アプリケーションのウインドウがバックグランドに変化する場合もある。これに対応するために、入力モード操作キーが押下されるたびにまたはアクティブなウインドウが変化するたびにコンピュータ・システム３３が認識する現在有効な入力モードと電子ペーパの表示を比較する。表示ランプ２１５を確認してコンピュータ・システム３３と電子ペーパの表示が一致しないと判断したユーザは再度入力モード操作キーを入力することができる。なお、入力モード操作キーが押下されて電子ペーパの表示が変更されてから表示ランプ２１５が点灯するまでの時間は短いのでユーザは直前に変更しようとした入力モードを容易に認識することができる。
【００８８】
以上、ノートＰＣの入力システムに電子ペーパの表示を適用する例を説明したが、本発明は、エレベータや自動車の操作ボタンなどのストロークのあるスイッチにおける表示機能に広く適用可能である。これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。
【符号の説明】
【００８９】
１０…キーボード
１００…キー
１０１、１０１ａ〜１０１ｄ、１５５、１５７…電子ペーパ
１０３…キー・トップ
１０９、１０９ａ〜１０９ｃ…電子ペーパ側の接点
１１１…表示用配線側の接点
１１３…表示スイッチ
１１７…メンブレン・シート
１１９…キー・スイッチ
１２７…キー・カバー
１５５、１５７…電子ペーパ
１５５ａ、１５７ａ…対向電極
１５５ｂ、１５７ｂ…セグメント電極
１５５ｃ、１５７ｃ…マイクロ・カプセル
１５５ｄ、１５７ｄ…コンデンサ
１６１…キー・マトリクス
２０５…入力モード判定回路
【技術分野】
【０００１】
本発明はキーボードや押しボタンのような押下式の入力システムにおいてキー・トップの表示を変更する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータの入力装置としてはマウスやキーボードが代表的である。キーボードは、文字キーの入力モードを変更する入力モード操作キーを含む。たとえばノートブック型携帯式コンピュータ（以下、ノートＰＣという。）のキーボードにおいて、入力モード操作キーの代表例として〔Ｉｎｓｅｒｔ〕キー、〔ＣａｐｓＬｋ〕キー、および〔ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ〕キーがある。〔Ｉｎｓｅｒｔ〕キーは、入力モードを挿入モードと上書きモードの間で変更し、〔ＣａｐｓＬｋ〕キーは、入力モードを大文字モードと小文字モードの間で変更し、〔ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ〕キーは、入力モードをテン・キー・モードと通常モードの間で変更する。
【０００３】
特許文献１は、１つのキーの表面に電子ペーパで形成した複数の入力表記をして、操作者の入力切換操作で決定された機能に対応する入力表記が表示されるように電子ペーパの電圧を制御するキー操作装置を開示する。コンピュータは、キーに与えられた複数の機能のうち特定の機能だけを有効にするために、キー操作者による操作に基づいてキー入力モードを切り替えるキー入力モード切替部を含む。また、キー操作装置は、キー入力モード切替部が決定した現在のキー入力モードで有効な機能を示す入力表記を視認表示させる表示切替部を含む。
【０００４】
特許文献２は、必要なときにキー釦部の機能が電子ペーパによって判るようにするとともに、表示用の配線が破損したり、クリック感が損なわれたりする問題を解消したキー釦構造を開示する。このキー釦構造では、キー釦が押下されていないときは、ケースに設けられた表示部用配線と表示部となる電子ペーパの端子が電気的に接続されてセグメント・タイプの電子ペーパに電圧が印加される。
【０００５】
電子ペーパの表示内容は、モード・キーによる選択モードやメニュー・キーによる選択メニューに応じて所定のタイミングで書き換えられる。キー釦部が押下されたときは、電子ペーパの端子と表示部用配線が非接続状態となるが、電圧が印加されなくなっても電子ペーパの特質としてそれまでの表示は維持される。同文献には、表示部は押圧したときに端子とつながって表示データを書き換えられるようにしてもよいと記載されている。
【０００６】
特許文献３は、アクティブ・マトリクス式の電気泳動的ディスプレイにおいて蓄電キャパシタを利用して、画素がアドレス指定されない間の画素の電圧を維持することによりアドレス指定を短時間で終了できるようにして高速なアドレス指定を可能にした電子ディスプレイを開示する。この発明を適用した薄膜トランジスタ・アレイでは、電子インクで構成された画素の画素電極に蓄電キャパシタの一方の端子が接続され他方の端子が隣接するゲート・ラインに接続されている。
【０００７】
特許文献４は、セグメント方式の電気泳動表示装置において、コモン振り駆動をするためにセグメント電極および共通電極へ印加した電圧を停止してそれらをハイインピーダンスに設定し電気泳動粒子の移動を停止して表示パターンを保持する際に発生するキックバック現象を抑制する発明を開示する。この発明では、キックバック現象の原因が、共通電極とセグメント電極の電極面積に起因する静電容量の差にあることに着目して、セグメント電極の静電容量を補うためにセグメント電極と低電位電源との間に容量素子を接続する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２６２４２０号公報
【特許文献２】特開２００９−８７８６５号公報
【特許文献３】特開２００９−８７８７６５号公報
【特許文献４】特開２００８−２４２３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
これまでのキーボードでは、一部の入力モード操作キーを操作したときの入力モードをキーボードまたはディスプレイの下縁に設けたＬＥＤに表示していた。しかし、ＬＥＤの表示では入力モードを認識しにくいために、誤った入力をするという問題があった。また、すべての入力モードに対してＬＥＤを設けることはスペースやコストの点で難点があった。さらに、入力モードの影響を受けるキーについては入力モードが表示されないため、たとえば、テン・キーと文字キーを共用するノートＰＣがテン・キー・モードに変化したときには、いずれがテン・キーであるかをキー・トップの印字だけでは認識しにくく、テン・キー・モードがほとんど使用されないといった事情も存在していた。
【００１０】
特許文献１のキー操作装置では、表示切替部と電子ペーパの間が複数の制御コードで接続されているため、長期間のキー操作により制御コードの破損をもたらしたりキーの機械的な運動に影響を与えてタッチ感を損なったりする。この点、特許文献２のキー釦構造ではそのような問題を解決するために、電子ペーパの電極とケースの表示部用配線とがキー釦の操作により離れてもよい構造になっている。
【００１１】
しかし、電子ペーパをコンピュータ用のキーボードのキー・トップに設けるには、既存のキーボードの構造をできるだけ変えないようにする必要がある。この点で特許文献２は、発明にかかるキー構造を携帯電話に適用した例を示しているが、各キーの周辺に表示部用配線を設けるケースが必要となるため、一般的なコンピュータ用のキーボードに適用することは困難で、隣接するキーとの間のスペースが少ないノートＰＣに適用することは一層困難である。
【００１２】
また、特許文献２のキー釦構造では、表示部用配線に印加される電圧のパターンは、表示の対象となるキー以外の他のモード・キーやメニュー・キーにより決定され、表示の対象となるキーの押下により生成されるものではないため、キーを押下して変更した入力モードの表示を当該キーの電子ペーパに表示するというコンピュータの入力モード操作キーに適用することはできない。
【００１３】
特許文献２には、押圧したときに電子ペーパの端子と配線側の端子が接続されてもよいことが記載されている。しかし、電子ペーパの表示を変更するには所定値以上の電圧を所定時間以上印加する必要があるため、キー釦の押下速度が電子ペーパの表示を変更するために確保すべき時間の制限を受けるため、コンピュータのキーボードに適用するためにはこの問題を解決する必要がある。
【００１４】
この点において特許文献３または特許文献４は電子ペーパにコンデンサを利用することは記載しているが、キーに実装された電子ペーパに印加する電圧の印加時間を補うためにコンデンサを使用することは示唆していない。さらに、入力モード操作キーに設けた電子ペーパの表示をキーの押下に連動して変更する際に、これまでのようにコンピュータ・システムが入力モードの決定を行うと、高速でキー入力をするユーザが使用するキーボード、ノートＰＣのようにキーのストロークが短いキーボード、またはスキャン・コードの転送にシリアル転送を介在する外付けのキーボードなどでは十分に電子ペーパに対する電圧の印加時間を確保できないという問題がある。
【００１５】
そこで本発明の目的は、既存のキーボードのアーキテクチャに与える影響を最小限にしながら、キー・トップに設けた電子ペーパによる入力モードの表示を可能にしたコンピュータの入力システムを提供することにある。さらに本発明の目的は、電子ペーパによる入力モードの表示が可能な電気機器のスイッチ回路を提供することにある。さらに本発明の目的は、そのような入力システムを備えたコンピュータを提供することにある。さらに本発明の目的は、キーボードのキーに配置された電子ペーパに入力モードを表示する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
コンピュータの入力システムは、一般に各キーのタッチ部分の間に所定のスペースを設けて押し間違えがないようにしたり、押下する操作に対して特有の反発力を与えて快適なクリック感を実現したりするための特有のアーキテクチャに基づいて製作されている。本発明は、このような操作性に関する既存のアーキテクチャの有利な点を損なわないようにしながらキー・トップに電子ペーパによる入力モードの表示を可能にする入力システムを提供する。
【００１７】
入力システムは、入力モードを変更する入力モード操作キーと、入力モード操作キーの表面に配置され入力モードの表示をすることができる電子ペーパと、複数のキーにそれぞれ対応して設けられ各キーの押下により接点が閉じるキー・スイッチを含む。さらに、電子ペーパに所定の電圧パターンを供給する電源側の接点と、電子ペーパに接続され入力モード操作キーの押下により電源側の接点に接触する表示側の接点を含む。
【００１８】
このような構成により、入力モード操作キーを押下することで、当該キーに配置された電子ペーパに電圧が供給されて所定の表示が行われる。電子ペーパはセグメント方式の表示回路で構成することができる。また、電子ペーパはマイクロ・カプセルと対向電極とセグメント電極を含む電気泳動方式の電子ペーパとすることができる。電子ペーパの対向電極とセグメント電極の間には、電源側の接点と表示側の接点が開いた後も電子ペーパに印加する電圧を維持するコンデンサを設けることができる。
【００１９】
その結果、電源側の接点と表示側の接点が接触している時間が短くてもその間にコンデンサの充電を完了して、その後コンデンサの電圧で電子ペーパに電圧を印加する時間を確保することができる。入力システムはさらに現在の入力モードを反転する反転信号に基づいて電源側の接点に所定の電圧パターンを出力する電圧パターン生成回路と、入力モード操作キーに対応するキー・スイッチの動作を検出して反転信号を電圧パターン生成回路に送る入力モード判定回路を含むようにしてもよい。
【００２０】
入力モード判定回路は、キー・マトリクスの入力モード操作キーに対応するスキャン・ラインとデコーダ・ラインに接続され入力モード操作キーが押下されたことを検出するハードウェア論理回路を含むようにしてもよい。また入力モード判定回路は、スキャン・コード生成回路から受け取ったスキャン・コードに基づいて入力モード操作キーが押下されたことを検出するハードウェア論理回路を含むようにしてもよい。
【００２１】
このような入力モード判定回路によれば、キー・スッチが動作してから短時間で当該入力モード操作キーの電子ペーパに変更後の入力モードに対応する電圧パターンを出力することができる。したがって、電圧パターンが現れた状態の電源側の接点と表示側の接点が接触している時間を確保することができる。入力モード判定回路は、入力モード操作キーの押下により生成されたスキャン・コードに基づいて入力モードを判断するコンピュータ・システムと、第１のハードウェア論理回路または前記第２のハードウェア論理回路により設定される入力モードを示すビットを含む状態レジスタと、コンピュータ・システムが判断した入力モードと状態レジスタのビットが示す入力モードを比較する検出回路と、検出回路に接続された表示回路を含んでもよい。
【００２２】
このような構成によれば、先にハードウェア論理回路が判断した入力モードの結果が、後からコンピュータ・システムが判断した結果と相違する場合に表示回路でユーザに通知することができる。電子ペーパは入力モード操作キーにより変更された入力モードの影響を受ける入力モード反映キーに配置することができる。そして、電圧パターン生成回路は入力モード操作キーの電子ペーパと入力モード反映キーの電子ペーパに対して所定の電圧パターンを出力することができる。
【００２３】
入力モード操作キーによる入力モードの変更は、２つのキーの押下の組み合わせにより実現するようにしてもよい。本発明の入力システムは、ノートブック型コンピュータおよびデスクトップ型コンピュータに適用することができる。さらに本発明のキー入力システムは、コンピュータ以外の電気機器のスイッチ回路に適用することもできる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明により、既存のキーボードのアーキテクチャに与える影響を最小限にしながら、キー・トップに設けた電子ペーパによる入力モードの表示を可能にしたコンピュータの入力システムを提供することができた。さらに本発明により、電子ペーパによる入力モードの表示が可能な電気機器のスイッチ回路を提供することができた。さらに本発明により、そのような入力システムを備えたコンピュータを提供することができた。さらに本発明によりキーボードのキーに配置された電子ペーパに入力モードを表示する方法を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】ノートＰＣが備えるキーボードのキー配列の一例を示す図である。
【図２】キーボード１０を構成するいずれかの入力モード操作キーまたは入力モード反映キーの断面図である。
【図３】「ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ」キー５２の表面に配置される電子ペーパ１０１と表示用配線１２５を説明する図である。
【図４】「ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ」キー５２にコンデンサを設ける様子を説明する図である。
【図５】ノートＰＣに搭載されたキーボード１０を含む入力システムの構成を示す機能ブロック図である。
【図６】キー１００が押下されてから復帰するまでのキー・スイッチ１１９の動作、表示スイッチ１１３の動作、および電圧パターンが出力されるまでの時間的な関係を示す図である。
【図７】電圧パターン生成の準備を短時間で終了する入力システムの構成を示す機能ブロック図である。
【図８】図７の入力システムの動作を説明するフローチャートである。
【図９】電子ペーパの表示内容の他の例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
［キー配列］
図１は、ノートＰＣが備えるキーボードのキー配列の一例を示す図である。キーボード１０は、テン・キーが文字キーと共用となっているいわゆるテンキー・レス・キーボードといわれるタイプである。本発明にかかるキーボードは、ＰＳ／２インターフェースやＵＳＢでデスクトップ型コンピュータに使用されるフル・キーボードであってもよい。フル・キーボードではテン・キーが独立して設けられる。各キーは上からみたときに、キー・トップが平坦な部分とその周辺に傾斜した部分を含む構造になっており、キー・トップの平坦な部分を押下する限り隣接するキーを押下することがないように構成されている。
【００２７】
キーボード１０は、入力モードを変更するキーの一例としての〔Ｉｎｓｅｒｔ〕キー５１、〔ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ〕キー５２、および〔ＣａｐｓＬｋ〕キー５３と、それらのキーと組み合わせて操作する〔Ｓｈｉｆｔ〕キー５４および〔Ｆｎ〕キー５５を含む。キーボード１０はさらに点線で囲んだ１０個の共用キー５６を含む。共用キー５６は、〔ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ〕キー５２の操作による入力モードの変更により文字キーまたはテン・キーとして機能する。
【００２８】
テキスト入力が可能なアプリケーションに対して〔Ｉｎｓｅｒｔ〕キー５１を１度押下するとキーボード１０からの入力モードが上書きモードに変化し、再度押下すると挿入モードに変化する。このときある種のアプリケーションでは、ステータス・バーに現在の入力モードを表示する。また、〔Ｓｈｉｆｔ〕キー５４を押下しながら〔ＣａｐｓＬｋ〕キー５３を押下すると、文字キーからの入力モードが大文字モードに変化し、同様に再度押下すると小文字入力モードに戻る。
【００２９】
〔Ｆｎ〕キー５５を押下しながら〔ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ〕キー５２を押下すると、共用キー５６がテン・キー・モードになり、再度押下すると通常モードとなる。キーボード１０を搭載するノートＰＣ１０では、入力モードが大文字モードやテン・キー・モードに変化したときは、キーボード１０またはディスプレイに設けたＬＥＤが点灯してユーザに知らせるようになっているが、〔Ｉｎｓｅｒｔ〕キー５１の押下による入力モードの状態はＬＥＤには表示されない。さらに、〔ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ〕キー５２を単独で押下するたびに、表計算をするアプリケーションの入力モードがスクロールしたときに選択したセルが移動しないスクロール・ロック・モードに変化したりそれが解除されたりする。
【００３０】
〔Ｉｎｓｅｒｔ〕キー５１、〔ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ〕キー５２、および〔ＣａｐｓＬｋ〕キー５３などは、キーボード１０からの入力モードを変更することができるキーであり、以後このようなキーを入力モード操作キーということにする。入力モード操作キーは、キーを押下したときに入力モードが変更されその後解放しても変更した入力モードを維持するような操作をするキーをいう。入力モード操作キーは、キーを押下してから解放したときに入力モードを変更するタイプであってもよい。
【００３１】
入力モード操作キーはさらに、全角入力と半角入力を切り換えるキーや、日本語キーボードにおけるローマ字入力とひらがな入力といったように入力文字モードを切り換えるキーも存在する。〔Ｓｈｉｔ〕キー５４を押下してから文字キーを押下して大文字で入力する場合と、文字キーだけを押下して小文字で入力する場合との間でも入力モードが変化しているが、このように当該キーの操作のときだけ入力モードを変更する〔Ｓｈｉｆｔ〕キー５４は入力モード操作キーには含めない。このようなキーは、入力モードの変更が一時的であるため、入力モードを表示する意義が少ないからである。ただし本発明は、このようなキーの現在の機能を電子ペーパに表示をすることを排除するものではない。
【００３２】
入力モード操作キーには、上述のように単独で操作するものもあれば、〔Ｆｎ〕キー５５または〔Ｓｈｉｆｔ〕キー５４といったような補助キーと組み合わせて操作するものもある。また、キーの中には入力モードの影響を受けるキーと影響を受けないキーが存在する。たとえば、１０個の共用キー５６は、テン・キー・モードの影響を受ける。また、日本語キーボードでは、それぞれの文字キーのキー・トップにローマ字とひらがな文字が刻印されるが、そのような複数の文字キーは入力文字モードの影響を受ける。このように入力モードの影響を受けるキーを入力モード反映キーということにする。
【００３３】
〔電子ペーパを実装したキーの構造〕
図２は、キーボード１０を構成するいずれかの入力モード操作キーまたは入力モード反映キーの断面図である。本発明は、押下されたキー・トップが一定のストロークだけ変位してキー・スイッチを動作させる押下式のキーボードに適用する。押下式のキーボードにはキーの数に対応するメカニカル・スイッチを備える独立スイッチ式およびメンブレン・シートを備えるメンブレン式などがある。本発明は、操作時にキー・トップに機械的な変位またはストロークが生じないようなタッチ式の静電容量型キーボードは除く。また、メンブレン式には、アクチュエータ機構としてラバー・ドーム、パンタグラフ、またはバックリング・スプリング（座屈ばね）などを使用するものがあるが、本発明にはそれらのいずれの方式も適用できる。図２に例示するキー１００は、ラバー・ドームとパンタグラフを組み合わせた機構を採用している。
【００３４】
下部プレート１２１の上にはメンブレン・シート１１７が配置され、メンブレン・シート１１７の上には上部プレート１１５が配置されている。メンブレン・シート１１７は、表面に多数の配線パターンと接点がそれぞれ印刷された２枚のプラスチック・フィルムを、スペーサを挟んで重ね合わせた構造になっている。一方のプラスチック・フィルムの各接点は、スキャン・ラインに接続され、他方のプラスチック・フィルムの各接点はデコーダ・ラインに接続される。
【００３５】
スキャン・ライン、デコーダ・ライン、および２つの接点で構成された各キー・スイッチ１１９は図５のキー・マトリクス１６１を構成する。スキャン・ラインは図５のスキャン・ドライバ１３に接続され、デコーダ・ラインは図５のデコーダ１５に接続される。メンブレン・シート１１７はキー１００が押下されたときに、キー・スイッチ１１９が閉じてスキャン・ラインおよびデコーダ・ラインを通じてキーの物理的な位置を示すキー信号を出力する。上部プレート１１５はキー・スイッチ１１９の周辺に開口が形成されており、メンブレン・シート１１７はラバー・ドーム１２９から押下されたキー１００の圧力を受けることができるように開口部分で露出している。
【００３６】
メンブレン・シート１１７が露出している部分の上には、ラバー・ドーム１２９が配置される。ラバー・ドーム１２９はキー・トップ１０３の押下する際の圧力をリンク機構１０５から受けて下方向に沈み、圧力が解放されたときにその復元力でもとの形状に戻ることができるようになっている。パンタグラフ機構をなす一対のリンク機構１０５、１０７の中でリンク機構１０５は、ラバー・ドーム１２９の頂部を押圧する圧力部（図示せず。）を備えている。リンク機構１０５は、固定軸１０５ｂと可動軸１０５ａを備え、リンク機構１０７は固定軸１０７ａと可動軸１０７ｂを備えている。固定軸１０７ａは、キー・トップ１０３の裏側に形成された軸受け部の中で回動できるようになっている。固定軸１０５ｂは上部プレート１１１に形成された軸受け部の中で回動できるようになっている。
【００３７】
キー１００が押下されたときに、可動軸１０５ａはキー・トップ１０３の裏側に形成された軸受け部を摺動して位置１０５ａ‘まで移動し、可動軸１０７ｂは上部プレート１１１に形成された軸受け部を摺動して位置１０７ｂ’まで移動する。リンク機構１０５、１０７はそれぞれの中央部分で互いに回動できるようにＸ字状に連結されている。ユーザがキー１００を押下するとリンク機構１０５、１０７およびラバー・ドーム１２９は、キー・トップ１０３がほぼ押下前の姿勢を保ちながら変位する。
【００３８】
リンク機構１０５の圧力部によりラバー・ドーム１１９の頂部が圧力を受けて変形するときに指に反発力を与える。ラバー・ドーム１１９は、変形の限界まで反発力を発揮するが限界まで到達すると頂部が凹んで急激に反発力が弱まってキー・トップ１０３が沈み込みキー・スイッチ１１９が動作する。このような反発力はユーザにキーが確実に動作したことの安心感と良好なクリック感を提供するため、キー１００は電子ペーパを組み込む際にリンク機構１０５、１０７およびラバー・ドーム１１９の運動を妨げないようにする必要がある。
【００３９】
キー・トップ１０３の表側には電子ペーパ１０１が配置され、電子ペーパ１０１の上には透明なキー・カバー１２７が配置されている。電子ペーパ１０１からは複数の配線が表示スイッチ１１３の一方の接点１０９に接続される。接点１０９は、各キーにおいて電子ペーパ１０１の表示に必要な配線の数だけ設けられる。上部プレート１１５には、表示スイッチ１１３の他方の接点１１１が設けられている。接点１１１は、接点１０９に対応する数だけ設けられている。
【００４０】
接点１１１に接続される配線１２３は、上部プレート１１５を貫通してメンブレン・シート１１７の上に形成された表示用配線１２５に接続されている。表示用配線１２５は、図５で参照番号１２５ａ〜１２５ｃとして示すように電圧パターン生成回路１９に接続される。キー１００が押下されたときにキー・スイッチ１１９の接点が閉じて出力されたキー信号により入力モードが判定され、表示用配線１２５には変更後の入力モードに対応する電圧パターンが現れる。電圧パターンの生成方法は後に詳述する。
【００４１】
キー・スイッチ１１９を動作させる１回のキー１００の操作の中で接点１０９が接点１１１と所定の時間接触すると、電圧が印加された電子ペーパ１０１は表示用配線１２５に現れる電圧パターンに基づいて入力モードの表示を変更または反転する。表示スイッチ１１３の構造は、電子ペーパ１０１に電圧を印加するための配線および接点が、リンク機構１０５、１０７およびラバー・ドーム１２９の運動をあまり妨げることがないので、良好な操作性を維持することができる。
【００４２】
〔電子ペーパ〕
図３は、「ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ」キー５２の表面に配置される電子ペーパ１０１と表示用配線１２５を説明する図である。キー・トップ１０３は表面が一例として黒色に着色されている。図３（Ａ）に示すように「ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ」キー５２の周囲には、表示用スイッチ１１３ａ〜１１３ｃで電子ペーパ１０１に接続可能なように、３本の表示用配線１２５が配置されている。
【００４３】
図３（Ｂ）に示すようにキー・トップ１０３の表面の位置１５１、１５３には、それぞれ図３（Ｃ）に示す電気泳動方式の電子ペーパ１５５、１５７が配置される。電子ペーパ１５５、１５７は、セグメント・タイプの反射型表示媒体で、文字を構成する領域に複数のマイクロ・カプセルが配置される。電子ペーパ１５５、１５７の文字を構成する領域以外の背景領域には、マイクロ・カプセルは配置されておらず、かつ、キー・トップ１０３の表面と同じ黒色に着色されている。マイクロ・カプセルには、透明な液体の中に負に帯電した黒色微粒子と正に帯電した白色微粒子が充填され、さらに表示側に透明な対向電極が設けられ裏側にセグメント電極が設けられる。
【００４４】
電子ペーパ１５５はセグメント電極に負の電圧を印加すると白色の泳動粒子が対向電極側に移動して背景の色との対比で文字「ＳｃｒＬｋ」が認識できるようになり、正の電圧を印加すると黒色の泳動粒子が対向電極側に移動して背景の色との対比で文字「ＳｃｒＬｋ」を認識できなくなる。したがって、電子ペーパ１５５は、背景の色との対比でセグメント電極に負の電圧を印加すると文字を表示し、正の電圧を印加すると表示が消える。電子ペーパ１５７も同様の原理で表示する。
【００４５】
「ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ」キー５２では、文字「ＳｃｒＬｋ」と文字「ＮｍＬＫ」を独立して表示または非表示にする２つのセグメント電極と対向電極に合計で３本の配線が必要となる。なお、電子ペーパ１５５の背景領域にもマイクロ・カプセルを設けて、バック・グランを常に黒に表示したり、文字領域と背景領域の色を同時に変えたりすることもできるが、その場合は背景領域のセグメント電極に対する配線も含めて合計で４本の配線が必要となる。
【００４６】
電子ペーパ１５５、１５７は、白と黒の２色で背景領域の色との対比で文字を表示するため、背景領域の色と文字を表示しないときの文字領域の色を一致させると、文字が消えて当該キーの機能を認識できなくなる。それを防ぐために、背景領域の色を白色または黒色からわずかに変えたり、キー・カバー１２７に電子ペーパの文字が消えても視認できるように薄い着色や凹凸を加えたりすることが望ましい。なお、背景領域の色と文字領域の色を同時に反転させるように電圧を印加して文字が消えないようにすることもできる。
【００４７】
電子ペーパには、２つの文字が重なるようにしてマイクロ・カプセルを配置していずれか一方の文字だけを表示することもできる。たとえば、図９（Ａ）に示すように電子ペーパに文字「Ａ」と文字「Ｏ」が重なるようにマイクロ・カプセルを配置する。セグメント電極は、文字「Ａ」だけを表示する部分と、文字「Ｏ」だけを表示する部分と、文字「Ａ」および文字「Ｏ」の表示に共通する部分に分けることでいずれか一方の文字を表示することができる。
【００４８】
図８（Ｂ）は、電子ペーパをキーではなくて、音量を変化させる押しボタンに適応した例を示す。押しボタンには、キー・スイッチに対応する主スイッチと表示スイッチを設けることで図２のキー１００と同様に構成することができる。そして、押しボタンが押下されるたびに現在の音量レベルが変化したときに、電子ペーパの表示が変わるようにすることができる。なお、電子ペーパには、電気泳動式だけでなく半球ごとに白色と黒色に塗り分けられた球形微粒子を使用するツイスト・ボール式や着色した液体に１色の帯電微粒子だけを詰め込んだ方式などの他の原理のものを使用することもできる。
【００４９】
〔補助コンデンサ〕
電子ペーパ１５５、１５７は、帯電した微粒子を対向電極まで移動させるために、絶対値で１５Ｖ以上の直流電圧を約２００ｍ秒以上継続して印加する必要がある。電子ペーパ１５５、１５７を搭載したキーを通常の速度で操作したときは、表示スイッチ１１３が閉じて電子ペーパに電圧が印加される時間が、この条件を満たすことは困難である。本実施の形態では、電圧パターンが現れている表示用配線１２５側の接点１１１と電子ペーパ側の接点１０９が短時間で離れても電子ペーパの表示が可能なように、対向電極とセグメント電極の間にコンデンサを接続する。
【００５０】
図４は、「ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ」キー５２に設けるコンデンサを説明する図である。電子ペーパ１５５、１５７は、それぞれ対向電極１５５ａ、１５５ｂ、セグメント電極１５５ｂ、１５７ｂ、カプセル・モジュール１５５ｃ、１５７ｃを含んでいる。対向電極１５５ａと対向電極１５７ａは相互に接続されて、さらに、接点１０９ａに接続されている。セグメント電極１５５ｂは接点１０９ｃに接続され、セグメント電極１５７ｂは接点１０９ｂに接続されている。
【００５１】
そして、対向電極１５５ａ、１５７ａとセグメント電極１５５ｂとの間には、コンデンサ１５５ｄが接続され、対向電極１５５ａ、１５７ａとセグメント電極１５７ｂとの間には、コンデンサ１５７ｄが接続される。コンデンサ１５５ｄ、１５７ｄの静電容量は一例として４．７μＦとしている。コンデンサ１５５ｄ、１５７ｄの電圧は、絶対値が１８Ｖの直流電圧が４ミリ秒程度の間印加されると充電が完了する。
【００５２】
表示用配線１２５に電圧パターンが現れているときに表示スイッチ１１３が閉じると、最初にコンデンサ１５５ｄ、１５７ｄが充電される。コンデンサ１５５ｄ、１５７ｄの充電が相当進行するまで電子ペーパ１５５、１５７には表示を変更するに必要な電圧は印加されない。しかし、電子ペーパ１５５，１５７はほとんど電力を消費しない。
【００５３】
したがって、コンデンサ１５５ｄ、１５７ｄの充電が完了して端子電圧が１８Ｖまで上昇すると、コンデンサ１５５ｄ、１５７ｄは対向電極１５５ａ、１５７ａとセグメント電極１５５ｂ、１５７ｂの間の電圧を２００ミリ秒以上の間１５Ｖ以上に維持して電子ペーパの表示をすることができる。これは、コンデンサ１５５ｄ、１５７ｄにすでに充電されている電圧と逆極性の電圧を印加する場合にもほぼあてはまる。したがって、キーボード１０を高速でタイピングするような場合にも対応して電子ペーパの表示は反転することができる。コンデンサ１５５ｄ、１５７ｄは、キー・トップ１０３の裏側に取り付ける。
【００５４】
〔キー入力システム〕
図５は、ノートＰＣに搭載されたキーボード１０を含む入力システムの構成を示す機能ブロック図である。ＬＥＤ表示回路１１はコンピュータ・システム３３からのコマンドに基づいて、キーボード１０の入力モードを示すＳｃｒＬｋ、ＣａｐｓＬｋ、およびＮｍＬｋの表示をする。キー・マトリクス１６１は、１６本のスキャン・ライン１６３でスキャン・ドライバ１３に接続され、８本のデコーダ・ライン１６５でデコーダ１５に接続される。キー・マトリクス１６１のデコーダ・ラインの中でデコーダ１５に接続されない方の端部は電圧源に接続される。スキャン・ドライバ１３では、各スキャン・ライン１６３とグラウンドとの間にそれぞれスキャン・スイッチが接続されている。
【００５５】
スキャン・ドライバ１３は、ある瞬間はいずれか１本のスキャン・ライン１６３がグランドに接続されるようにスキャン・スイッチを順番にオン／オフする。スキャン・ドライバ１３は、１番目のスキャン・ラインから１６番目のスキャン・ラインまで順番にスキャン・スイッチをオン／オフに切り換えたあとにまた１番目のスキャン・ラインに戻り以後この動作を繰り返す。スキャン・ドライバ１３がスキャン・ライン１６３を一巡する時間をスキャン・サイクルという。
【００５６】
キー・マトリクス１６１は、スキャン・ライン１６３とデコーダ・ライン１６５を通じてスキャン・ドライバ１３とデコーダ１５に、押下されたキーの物理的な位置を特定するためのキー信号を送る。デコーダ１５は、スキャン・ドライバ１３の動作とタイミングを一致させながら、同時に８本のデコーダ・ライン１６５の電位を読み取る。スキャン・コード生成回路１７は、ある瞬間に電位がグラウンド・レベルになっているスキャン・ライン１６３と、同じタイミングでグラウンド・レベルになっているデコーダ・ライン１６５を認識することで、押下されたキーの物理的な配置を認識してそれに対応するスキャン・コードを生成する。
【００５７】
スキャン・コードは、各キーに割り当てられた１バイト〜４バイトのデータでキーボード１０上におけるキーの物理的な位置を示すデータである。スキャン・コードは、キー・スイッチ１１９が閉じたときに生成されるメイク・コードと解放されたときに生成されるブレーク・コードで構成されている。インターフェース２３は、Ｉ／Ｏポートが６０ｈと６４ｈにマッピングされた８ビットのレジスタと、割り込みコントローラを含む。
【００５８】
コンピュータ・システム３３は、ＣＰＵ２７、ＯＳ２９、アプリケーション３１および図示しないメイン・メモリ、デバイス・ドライバ、ＢＩＯＳなどで構成されている。インターフェース２３は、スキャン・コード生成回路１７によりＩ／Ｏポート６０ｈのレジスタにスキャン・コードが書き込まれるとＣＰＵ２７に割り込みを発生させる。割り込みを受けたＣＰＵ２７では、ＯＳ２９およびアプリケーション３１が実行される。
【００５９】
ＯＳ２９のキーボード・ドライバは、Ｉ／Ｏポート６０ｈから読み取ったスキャン・コードをコンピュータ・システム３３の内部で使用する文字コードに変換してアプリケーション３１に送る。コンピュータ・システム３３は、入力モード操作キーが押下されると当該キーのスキャン・コードから入力モードが変更されたことを認識する。ＯＳ２９はたとえば、入力モードが大文字モードに変更されると以後文字キーからの入力を、大文字を示す文字コードに変換してその時点でアクティブなウインドウを有するアプリケーションに送る。
【００６０】
ＯＳ２９はまた、変更された入力モードをキーボード１０に通知するために、Ｉ／Ｏポート６０ｈにＬＥＤ１１を表示させるコマンドとデータを書き込む。インターフェース２３がレジスタにたとえば大文字モードを示すコマンドとデータを受け取ると、スキャン・コード生成回路１７はＬＥＤ表示回路１１のＣａｐｓＬｋに対応するＬＥＤを点灯する。
【００６１】
電子ペーパ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃはそれぞれ〔Ｉｎｓｅｒｔ〕キー５１、〔ＣａｐｓＬｋ〕キー５３、および〔ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ〕５２キーに配置されている。ＯＳ２９は入力モード操作キーの押下によりメイク・コードが生成されたときに変更された入力モードを認識する。〔Ｉｎｓｅｒｔ〕キー５１、〔ＣａｐｓＬｋ〕キー５３は、入力モードを示す文字が１つなので、電子ペーパ１０１ａ、１０１ｂのセグメント電極はそれぞれ１つである。〔ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ〕キー５２は、入力モードを示す文字が２つあるのでセグメント電極は２つある。図５には記載していないが、操作モード反映キーである共有キー５６にも電子ペーパを設けて、電子ペーパ１０１ｃと同じグループになるように接続してもよい。その結果、〔ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ〕キー５２が操作されて、テン・キー・モードが有効になったときに共有キー５６の電子ペーパの表示も変更することができる。
【００６２】
電子ペーパ１０１ａ〜１０１ｃは、表示用配線１２５ａ〜１２５ｃで電圧パターン生成回路１９に接続されている。電圧パターン生成回路１９には電子ペーパ１０１ａ〜１０１ｃの電圧源となるＤＣ／ＤＣコンバータ２５が接続され、所定の電子ペーパに入力モードに応じた電圧パターンを出力するハードウェア論理回路である。ＤＣ／ＤＣコンバータ２５は、ＤＣ±１８Ｖの電圧を電圧パターン生成回路１９に供給する。入力モード操作キーの押下によりメイク・コードが生成されて入力モードが変更されたことを認識したＯＳ２９は電子ペーパ１０１ａ〜１０１ｃの表示を変更するために、ＬＥＤを点灯させるときと同じようにインターフェース２３のレジスタに変更された入力モードを示すコマンドとデータを書き込む。
【００６３】
コマンドを受け取ったスキャン・コード生成回路１７は、電圧パターン生成回路１９に入力モードを変更する信号を送る。ＬＥＤを点灯させるコマンドを受け取る場合は、スキャン・コード生成回路１７はそのときのデータを送る。電圧パターン生成回路１９は、入力モードを変更するデータを受け取ると、対応するキーを特定して電圧パターンを生成し出力する。なお、キーボード１０が、システム本体から分離してＵＳＢやＰＳ／２などのキーボード・インターフェースで接続される場合には、キー・マトリクス１６１とスキャン・コード生成回路１７との間に、スキャン・コードをシリアル信号に変換する回路を含み、さらにスキャン・コード生成回路１７は、シリアル信号をパラレル信号に変換する回路を含むように構成することができる。
【００６４】
〔キー入力システムの他の例〕
図５のキー入力システムでは、変更された入力モードを示すデータを、スキャン・コード生成回路１７からスキャン・コードを受け取ったＯＳ２９が生成していた。このときの時間的な様子を、図６を参照して説明する。図６は、キー１００が押下されてから復帰するまでのキー・スイッチ１１９の動作、表示スイッチ１１３の動作、および電圧パターンが出力されるまでの様子を左から右への時間の流れとして示している。
【００６５】
押下前にはキー・トップ１０３が時刻ｔ１で上死点に位置している。キー１００が押下されると時刻ｔ２で表示スイッチ１１３の接点が閉じ、時刻ｔ３でキー・スイッチ１１９の接点が閉じる。キー・スイッチ１１９が閉じると、メイク・コードが生成されてコンピュータ・システム３３は入力モードの変更を認識する処理を開始する。表示スイッチ１１３がキー・スイッチ１１９より先に閉じる必要はないが、表示スイッチ１１３はメイク・コードが生成されてからできるだけ長い時間接点が閉じていることが望ましいため、先に閉じるようにした方が有利である。
【００６６】
メイク・コードが生成されるとその後それを受け取ったＣＰＵ２７が、キーボード１０が入力モードを変更する要求をしていることを認識して、インターフェース２３にコマンドと変更された入力モードを示すデータを送る。そして時刻ｔ３から電圧パターン生成回路１９が電圧パターンを出力する時刻ｔ５まで電圧パターンの生成のための準備時間となる。キー・スイッチ１１９が閉じてからわずかなラバー・ドーム１２９の弾力とキー・スイッチ１１９のストロークにより、時刻ｔ４でキー・トップ１０３が下死点まで移動する。その後ユーザがキー１００から指の力を抜くと、キー１００はラバー・ドーム１２９の弾力により復帰する方向に変位する。
【００６７】
時刻ｔ５で電圧パターンの生成準備が完了すると電圧パターン生成回路１９はただちに電圧パターンを出力し、所定の時間が経過した時刻ｔ９で電圧パターンの出力を停止する。なお電子ペーパは表示を維持するための電力を消費しないため、電圧パターンの出力は、その後電子ペーパが書き換えられるまで維持しておいてもよい。キー・トップ１０３が下死点から上死点に向かうときには、時刻ｔ６でキー・スイッチ１１９の接点が解放されてブレーク・コードが生成され、時刻ｔ７で表示スイッチ１１３の接点が離れる。電圧パターンが生成されかつ表示スイッチ１１３が閉じている時間帯でコンデンサ１５５ｄ、１５７ｄが充電される。
【００６８】
このとき、コンデンサ１５５ｄ、１５７ｄが完全に充電されるためには、充電時間ｔが４ミリ秒以上必要となる。しかし、電圧パターンを生成する準備時間が長くなって時刻ｔ５が遅延すると、この充電時間ｔを確保できなくなる。時刻ｔ７を遅らせて表示スイッチ１１３が閉じている時間を長くすることは、キー１００のストロークや操作性の観点から限界がある。特に、ＰＳ／２やＵＳＢのインターフェースを使ってキーボードをコンピュータに接続する場合は、シリアル転送に費やす時間も必要となり、タイプ速度の速いユーザに対応できない場合もある。また、ノートＰＣのようにキーのストロークが短いキーボードでも充電時間ｔの確保が難しくなる。したがって、入力モード操作キーが押下された後はできるだけ速く電子ペーパ１０１に対する電圧パターンを生成する必要がある。
【００６９】
図７は、電圧パターン生成の準備を短時間で終了する入力システムを示す構成を示す機能ブロック図である。図７では、図５と同一の要素については同一の参照番号を付与して説明を省略する。また、図７からは図５に記載したＬＥＤ表示回路１１、ＯＳ２９、アプリケーション３３およびＤＣ／ＤＣコンバータ２５を省略しているが、図７にはこれらの要素も含むものとする。さらにスキャン・ラインおよびデコーダ・ラインの数は、説明に必要な範囲だけを示している。
【００７０】
入力モード判定回路２０５を構成する各要素は、いずれもハードウェア論理回路で形成されている。入力モード判定回路２０５は、キー操作検出回路２０１ａ〜２０１ｃを含む。キー操作検出回路２０１ａ〜２０１ｃは、それぞれ特定の入力モード操作キーに対応して設けられている。キー操作検出回路２０１ａ〜２０１ｃは入力がそれぞれ１対または２対の特定のスキャン・ラインと特定のデコーダ・ラインに接続され出力が反転回路２１１に接続されている。キー操作検出回路２０１ａ〜２０１ｃは１対のキー信号の入力が同時にグランド・レベルに遷移したときに当該キーの押下を検出して反転信号を出力する。
【００７１】
キー操作検出回路２０１ａは〔Ｉｎｓｅｒｔ〕キー５１に対応しており、〔Ｉｎｓｅｒｔ〕キー５１が押下されたときに現在の入力モードを上書きモードまたは挿入モードのいずれかに反転する反転信号を出力する。キー操作検出回路２０１ｂは〔Ｓｈｉｆｔ〕キー５４と〔ＣａｐｓＬｋ〕キー５３に対応し、〔Ｓｈｉｆｔ〕キー５４と〔ＣａｐｓＬｋ〕キー５３が同時に押下されたときに現在の入力モードを大文字モードまたは小文字モードのいずれかに反転する反転信号を出力する。
【００７２】
キー操作検出回路２０１ｃは、〔Ｆｎ〕キー５５と〔ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ〕キー５２に対応しており、〔Ｆｎ〕キー５５と〔ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ〕キー５２が同時に押下されたときに、現在の入力モードをテン・キー・モードまたは通常モードのいずれかに反転する反転信号を出力する。キー操作検出回路２０１ｂ、２０１ｃは、それぞれ２つのキーのキー信号を認識する順番も判定する。キー操作検出回路２０１ｂは、先に〔Ｓｈｉｆｔ〕キー５４のキー信号を検出したときだけ反転信号を出力し、キー操作検出回路２０１ｃは、〔Ｆｎ〕キー５５が先に押下されたときだけ反転信号を出力する。
【００７３】
入力モード判定回路２０５はさらに、状態レジスタ２０７、検出回路２０９、反転回路２１１、出力回路２１３および表示回路２１５を含む。状態レジスタ２０７は、３つの入力モードに対応するように３ビットで構成され、それぞれが現在の入力モードを保持する不揮発性のレジスタである。検出回路２０９は、スキャン・コード生成回路１７から受け取ったスキャン・コードに基づいてコンピュータ・システム３３が認識した変更後の入力モードを示すデータをスキャン・コード生成回路１７が受け取ったときに、状態レジスタ２０７の対応する入力モードのビットと比較して両者が一致するか否かを検査する。両者が一致しないと判断したときは表示回路２１５を点滅させてユーザに知らせる。
【００７４】
反転回路２１１は、キー操作検出回路２０１ａ〜２０１ｃから反転信号を受け取ると状態レジスタ２０７の対応する位置のビットを反転させる。出力回路２１３は、状態レジスタ２０７のビットが反転されるたびに、対応するキーの電子ペーパのセグメント電極に印加する電圧パターンを反転させる。図７では、電子ペーパ１０１ｃと電子ペーパ１０１ｄが同じグループとなるように接続されている。電子ペーパ１０１ｄは共有キー５６に設けられている。
【００７５】
したがって、〔Ｆｎ〕キー５５と〔ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ〕キー５２が同時に押下されて、入力モードがテン・キー・モードまたは通常モードのいずれかに変化したときは、入力モード操作キーである〔ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ〕キー５２と、入力モード反映キーである共有キー５６の表示用配線１２５ｃの電圧パターンが反転する。入力モード反映キーの電子ペーパ１０１ｄの表示は、表示用配線１２５ｃの電圧パターンが変化した後であってもキーが押下されない限り変化しない。
【００７６】
しかし、一旦押下されるとその後さらに変化した電圧パターンが表示用配線１２５ｃに現れかつキーが押下されるまで表示は維持される。ユーザは、〔ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ〕キー５２の表示が変更されたあとに一旦１０個の共有キー５６を仮に押下してからテン・キーとしての利用を開始することもできる。この場合、電圧パターン生成回路２０３は入力モード反映キーの表示用配線１２５ｃに対してつぎの電圧パターンを生成するまで最初の電圧パターンを出力し続ける。さらに、共有キー５６には、電子ペーパ１０１ｄに電圧を印加するための機械的なアクチュエータを設けて、入力モードが変化したときにアクチュエータを動作させて表示スイッチ１１３を一時的に閉じることで表示を変更することもできる。
【００７７】
スキャン・ドライバ１３、デコーダ１５は図５で説明したのと同じ動作をしてコンピュータ・システム３３にスキャン・コードを送る。コンピュータ・システム３３は押下されたキーのスキャン・コードを処理する。ＯＳ２９は受け取ったスキャン・コードから入力モードが変更されたことを認識すると、インターフェース２３に認識した入力モードを示すコマンドとデータを書き込む。スキャン・コード生成回路１７は、ＯＳ２９が認識した入力モードを示す信号を検出回路２０９に送る。なお、キー操作検出回路２０１ａ〜２０１ｃは、スキャン・コード生成回路１７からスキャン・コードを受け取って、反転信号を生成するようにしてもよい。
【００７８】
入力モードの中には、上書きモードと挿入モードのように特定のアプリケーションにだけ有効なものがある。このような入力モードに関しては、ＯＳ２９は、当該入力モードを設定したアプリケーションのウインドウがアクティブなときは設定された入力モードを有効にし、当該ウインドウがバックグランドになったときは入力モードを復帰するようにインターフェース２３にコマンドとデータを書き込むことができる。
【００７９】
つぎに、図７の入力システムの動作を図８のフローチャートを参照して説明する。ブロック３０１では、ノートＰＣの電源が投入されたときに、状態レジスタ２０７はそれまで保持していたビット・パターンに対応する信号で電圧パターン生成回路２０３を設定する。電圧パターン生成回路２０３は、それぞれの電子ペーパ１０１ａ〜１０１ｄに対する表示用配線１２５ａ〜１２５ｃに対して電圧パターンを出力する。
【００８０】
電子ペーパ１０１ａ〜１０１ｄは、ノートＰＣの電源が停止しても相当長い期間それまでの表示を維持するため、電子ペーパ１０１ａ〜１０１ｄの表示と表示用配線１２５ａ〜１２５ｃに現れる電圧パターンは一致している。ブロック３０３で、たとえば〔ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ〕キー５２キーに関する現在の入力モードが通常モードだとしたときに、ユーザが〔Ｆｎ〕キー５５を先に押下しながら〔ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ〕キー５２を押下する。
【００８１】
押下する前の電子ペーパ１０１ｃでは、入力モードが通常モードであったために文字〔ＮｍＬｋ〕が消えている。このキー操作に応じてキー・マトリクス１６１からキー信号が出力される。キー信号は入力モード判定回路２０５とシステム３３で並行して処理される。ブロック３０５では入力モード判定回路２０５においてキー操作検出回路２０１ｃだけが反転信号を出力する。反転回路２１１は、状態レジスタ２０７のテン・キー・モードに対応するビットを反転する。
【００８２】
出力回路２１３は、入力モードが通常モードからテン・キー・モードに反転したことを示す信号を電圧パターン生成回路２０３に送る。ブロック３０７で電圧パターン生成回路２０３が電圧パターンを反転させると、電子ペーパ１０１ｃ、１０１ｄに対する表示用配線１２５ｃの電圧パターンが反転して、キー操作が行われた〔ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ〕キー５２キーの電子ペーパ１０１ｃには文字〔ＮｍＬｋ〕が表示される。共有キー５６の電子ペーパ１０１ｄについては、表示用配線１２５ｃに変化後の入力モードを示す電圧パターンが現れる。
【００８３】
ここまでの処理は、ハードウェア論理回路だけで処理されるため図６の時刻ｔ５は早期に到来し、〔ＳｃｒＬｋ／ＮｍＬｋ〕キー５２はコンデンサ１５５ｄ、１５７ｄの充電時間を十分に確保することができる。共用キー５６の電子ペーパ１０１ｄは、対応する表示用配線１２５ｃの電圧パターンが変更されているので、それ以後押下された時点で表示が反転する。一方、コンピュータ・システム３３の処理ルートでは、ブロック３０９でキー・マトリクス１６１が出力したキー信号をスキャン・ドライバ１３とデコーダ１５が処理してスキャン・コード生成回路１７がスキャン・コードを生成する。
【００８４】
コンピュータ・システム３３は、受け取ったスキャン・コードから変更後の入力モードを認識して、ブロック３１１でスキャン・コード生成回路１７に認識した入力モードを示すコマンドとデータをインターフェース２３に送る。インターフェース回路２３が受け取ったデータは、スキャン・コード生成回路１７が読み取る。ブロック３０９、３１１の処理はコンピュータ・システム３３によるソフトウェアの処理や、場合によってはシリアル転送のための時間を含むためブロック３０５、３０７の処理に比べて長い時間を必要とする。
【００８５】
ブロック３１５では、検出回路２０９がスキャン・コード生成回路１７から受け取った入力モードを示す信号と状態レジスタ２０７のビットが示す入力モードとを比較する。検出回路２０９が両方の入力モードが一致していると判断したときは、ブロック３１７で表示用配線１０１ｃの電圧パターンは維持される。検出回路が両方の入力モードが一致しないと判断したときはブロック３１９で表示ランプ２１５を点滅させる。
【００８６】
上記の手順によれば、入力モード操作キーが押下されたときは、ハードウェア論理回路がキー信号から押下されたキーを検出して、先に現在の入力モードを反転させるために、電子ペーパに対する４ミリ秒の充電時間を十分に確保することができる。しかし、何らかの事情でコンピュータ・システム３３が認識する入力モードと電子ペーパが表示する入力モードがずれることも予想される。
【００８７】
また特定のアプリケーションに対してだけ有効な入力モードも存在し、当該アプリケーションのウインドウがバックグランドに変化する場合もある。これに対応するために、入力モード操作キーが押下されるたびにまたはアクティブなウインドウが変化するたびにコンピュータ・システム３３が認識する現在有効な入力モードと電子ペーパの表示を比較する。表示ランプ２１５を確認してコンピュータ・システム３３と電子ペーパの表示が一致しないと判断したユーザは再度入力モード操作キーを入力することができる。なお、入力モード操作キーが押下されて電子ペーパの表示が変更されてから表示ランプ２１５が点灯するまでの時間は短いのでユーザは直前に変更しようとした入力モードを容易に認識することができる。
【００８８】
以上、ノートＰＣの入力システムに電子ペーパの表示を適用する例を説明したが、本発明は、エレベータや自動車の操作ボタンなどのストロークのあるスイッチにおける表示機能に広く適用可能である。これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。
【符号の説明】
【００８９】
１０…キーボード
１００…キー
１０１、１０１ａ〜１０１ｄ、１５５、１５７…電子ペーパ
１０３…キー・トップ
１０９、１０９ａ〜１０９ｃ…電子ペーパ側の接点
１１１…表示用配線側の接点
１１３…表示スイッチ
１１７…メンブレン・シート
１１９…キー・スイッチ
１２７…キー・カバー
１５５、１５７…電子ペーパ
１５５ａ、１５７ａ…対向電極
１５５ｂ、１５７ｂ…セグメント電極
１５５ｃ、１５７ｃ…マイクロ・カプセル
１５５ｄ、１５７ｄ…コンデンサ
１６１…キー・マトリクス
２０５…入力モード判定回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータの入力システムであって、
入力モードを変更する入力モード操作キーを含む複数のキーと、
前記入力モード操作キーの表面に配置され前記入力モードの表示をすることができる電子ペーパと、
前記複数のキーにそれぞれ対応して設けられ各キーの押下により接点が閉じるキー・スイッチと、
前記電子ペーパに所定の電圧パターンを供給する電源側の接点と、
前記電子ペーパに接続され、前記入力モード操作キーの押下により前記電源側の接点に接触する表示側の接点と
を有する入力システム。
【請求項２】
前記電子ペーパがセグメント方式の表示回路で構成されている請求項１に記載の入力システム。
【請求項３】
前記電子ペーパがマイクロ・カプセルと対向電極とセグメント電極を含む電気泳動方式の電子ペーパである請求項１または請求項２に記載の入力システム。
【請求項４】
前記対向電極と前記セグメント電極の間に前記電子ペーパに印加する電圧を維持するコンデンサを有する請求項３に記載の入力システム。
【請求項５】
現在の入力モードを反転する反転信号に基づいて反転した電圧パターンを前記電源側の接点に供給する電圧パターン生成回路と、
前記入力モード操作キーに対応するキー・スイッチの動作を検出して前記反転信号を前記電圧パターン生成回路に送る入力モード判定回路を有する請求項１から請求項４のいずれかに記載の入力システム。
【請求項６】
前記入力モード判定回路が、
前記入力モード操作キーに対応するキー・マトリクスのスキャン・ラインとデコーダ・ラインに接続され前記入力モード操作キーが押下されたことを検出する第１のハードウェア論理回路を含む請求項５に記載の入力システム。
【請求項７】
前記入力モード判定回路が、
スキャン・コード生成回路から受け取ったスキャン・コードに基づいて前記入力モード操作キーが押下されたことを検出する第２のハードウェア論理回路を含む請求項５に記載の入力システム。
【請求項８】
前記入力モード判定回路が、前記入力モード操作キーの押下により生成されたスキャン・コードに基づいて前記入力モードを判断するコンピュータ・システムと、
前記第１のハードウェア論理回路または前記第２のハードウェア論理回路により設定される入力モードを示すビットを含む状態レジスタと、
前記コンピュータ・システムが判断した前記入力モードと前記状態レジスタのビットが示す入力モードを比較する検出回路と、
前記検出回路に接続された表示回路と
を有する請求項６または請求項７に記載の入力システム。
【請求項９】
前記電子ペーパが前記入力モード操作キーにより変更された前記入力モードの影響を受ける入力モード反映キーに配置され、前記電圧パターン生成回路は前記入力モード操作キーの電子ペーパと前記入力モード反映キーのそれぞれの前記電源側の接点に供給する電圧パターンを反転する請求項５から請求項８のいずれかに記載の入力システム。
【請求項１０】
前記入力モード操作キーによる入力モードの変更が、２つのキーの押下の組み合わせにより行われる請求項１から請求項９のいずれかに記載の入力システム。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれかの入力システムが組み込まれたノートブック型コンピュータ。
【請求項１２】
電気機器のスイッチ回路であって、
押下部と、
前記押下部の表面に配置され前記スイッチの機能を表示する電子ペーパと、
前記押下部が押下されたときに動作するメイン・スイッチと
前記押下部が押下されたときに接点が閉じて前記電子ペーパに電圧を印加する表示スイッチと、
前記表示スイッチの接点が閉じている間に充電され前記接点が開いたあとに前記電子ペーパに電圧を印加するコンデンサと
を有するスイッチ回路。
【請求項１３】
前記電子ペーパがマイクロ・カプセルと対向電極とセグメント電極を含む電気泳動方式の電子ペーパである請求項１２に記載のスイッチ回路。
【請求項１４】
前記電子ペーパが表示する機能が前記メイン・スイッチの動作により決定される請求項１２または請求項１３に記載のスイッチ回路。
【請求項１５】
コンピュータに入力するキーボードの入力モードを変更する入力モード操作キーの表面に配置された電子ペーパに前記入力モードを表示する方法であって、
前記入力モード操作キーの押下によりキー・スイッチが閉じるステップと、
前記入力モード操作キーの押下により前記電子ペーパと電圧源に接続された表示スイッチが閉じて前記電子ペーパが所定の前記入力モードを表示するステップと、
前記入力モード操作キーの解放により前記キー・スイッチが開くステップと、
前記入力モード操作キーの解放により前記表示スイッチが開いた後に前記電子ペーパが前記入力モードの表示を維持するステップと
を有する方法。
【請求項１６】
前記入力モードを表示するステップが、
前記表示スイッチが閉じている間にコンデンサを充電するステップと、
前記表示スイッチが開いたあとに前記コンデンサの電圧を前記電子ペーパに印加するステップを含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記入力モード操作キーの押下により前記入力モードを決定するステップと、
前記決定された入力モードに対応する電圧パターンを前記表示スイッチに供給するステップと
を有する請求項１５または請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記入力モードを決定するステップが、前記キー・スイッチが出力するキー信号を検出するハードウェア論理回路が決定するステップを含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記入力モード操作キーの押下により生成されたスキャン・コードを受け取ったコンピュータ・システムが前記入力モードを決定するステップと、
前記コンピュータ・システムが決定した入力モードと前記ハードウェア論理回路が決定した入力モードが相違すると判断したときにユーザに表示するステップと
を有する請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記決定された入力モードに関連する入力モード反映キーに電子ペーパが配置され、
前記入力モードを表示するステップが、前記決定された入力モードに対応する電圧パターンを前記入力モード反映キーの表示スイッチに供給するステップを含む請求項１７から請求項１９のいずれかに記載の方法。
【請求項１】
コンピュータの入力システムであって、
入力モードを変更する入力モード操作キーを含む複数のキーと、
前記入力モード操作キーの表面に配置され前記入力モードの表示をすることができる電子ペーパと、
前記複数のキーにそれぞれ対応して設けられ各キーの押下により接点が閉じるキー・スイッチと、
前記電子ペーパに所定の電圧パターンを供給する電源側の接点と、
前記電子ペーパに接続され、前記入力モード操作キーの押下により前記電源側の接点に接触する表示側の接点と
を有する入力システム。
【請求項２】
前記電子ペーパがセグメント方式の表示回路で構成されている請求項１に記載の入力システム。
【請求項３】
前記電子ペーパがマイクロ・カプセルと対向電極とセグメント電極を含む電気泳動方式の電子ペーパである請求項１または請求項２に記載の入力システム。
【請求項４】
前記対向電極と前記セグメント電極の間に前記電子ペーパに印加する電圧を維持するコンデンサを有する請求項３に記載の入力システム。
【請求項５】
現在の入力モードを反転する反転信号に基づいて反転した電圧パターンを前記電源側の接点に供給する電圧パターン生成回路と、
前記入力モード操作キーに対応するキー・スイッチの動作を検出して前記反転信号を前記電圧パターン生成回路に送る入力モード判定回路を有する請求項１から請求項４のいずれかに記載の入力システム。
【請求項６】
前記入力モード判定回路が、
前記入力モード操作キーに対応するキー・マトリクスのスキャン・ラインとデコーダ・ラインに接続され前記入力モード操作キーが押下されたことを検出する第１のハードウェア論理回路を含む請求項５に記載の入力システム。
【請求項７】
前記入力モード判定回路が、
スキャン・コード生成回路から受け取ったスキャン・コードに基づいて前記入力モード操作キーが押下されたことを検出する第２のハードウェア論理回路を含む請求項５に記載の入力システム。
【請求項８】
前記入力モード判定回路が、前記入力モード操作キーの押下により生成されたスキャン・コードに基づいて前記入力モードを判断するコンピュータ・システムと、
前記第１のハードウェア論理回路または前記第２のハードウェア論理回路により設定される入力モードを示すビットを含む状態レジスタと、
前記コンピュータ・システムが判断した前記入力モードと前記状態レジスタのビットが示す入力モードを比較する検出回路と、
前記検出回路に接続された表示回路と
を有する請求項６または請求項７に記載の入力システム。
【請求項９】
前記電子ペーパが前記入力モード操作キーにより変更された前記入力モードの影響を受ける入力モード反映キーに配置され、前記電圧パターン生成回路は前記入力モード操作キーの電子ペーパと前記入力モード反映キーのそれぞれの前記電源側の接点に供給する電圧パターンを反転する請求項５から請求項８のいずれかに記載の入力システム。
【請求項１０】
前記入力モード操作キーによる入力モードの変更が、２つのキーの押下の組み合わせにより行われる請求項１から請求項９のいずれかに記載の入力システム。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれかの入力システムが組み込まれたノートブック型コンピュータ。
【請求項１２】
電気機器のスイッチ回路であって、
押下部と、
前記押下部の表面に配置され前記スイッチの機能を表示する電子ペーパと、
前記押下部が押下されたときに動作するメイン・スイッチと
前記押下部が押下されたときに接点が閉じて前記電子ペーパに電圧を印加する表示スイッチと、
前記表示スイッチの接点が閉じている間に充電され前記接点が開いたあとに前記電子ペーパに電圧を印加するコンデンサと
を有するスイッチ回路。
【請求項１３】
前記電子ペーパがマイクロ・カプセルと対向電極とセグメント電極を含む電気泳動方式の電子ペーパである請求項１２に記載のスイッチ回路。
【請求項１４】
前記電子ペーパが表示する機能が前記メイン・スイッチの動作により決定される請求項１２または請求項１３に記載のスイッチ回路。
【請求項１５】
コンピュータに入力するキーボードの入力モードを変更する入力モード操作キーの表面に配置された電子ペーパに前記入力モードを表示する方法であって、
前記入力モード操作キーの押下によりキー・スイッチが閉じるステップと、
前記入力モード操作キーの押下により前記電子ペーパと電圧源に接続された表示スイッチが閉じて前記電子ペーパが所定の前記入力モードを表示するステップと、
前記入力モード操作キーの解放により前記キー・スイッチが開くステップと、
前記入力モード操作キーの解放により前記表示スイッチが開いた後に前記電子ペーパが前記入力モードの表示を維持するステップと
を有する方法。
【請求項１６】
前記入力モードを表示するステップが、
前記表示スイッチが閉じている間にコンデンサを充電するステップと、
前記表示スイッチが開いたあとに前記コンデンサの電圧を前記電子ペーパに印加するステップを含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記入力モード操作キーの押下により前記入力モードを決定するステップと、
前記決定された入力モードに対応する電圧パターンを前記表示スイッチに供給するステップと
を有する請求項１５または請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記入力モードを決定するステップが、前記キー・スイッチが出力するキー信号を検出するハードウェア論理回路が決定するステップを含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記入力モード操作キーの押下により生成されたスキャン・コードを受け取ったコンピュータ・システムが前記入力モードを決定するステップと、
前記コンピュータ・システムが決定した入力モードと前記ハードウェア論理回路が決定した入力モードが相違すると判断したときにユーザに表示するステップと
を有する請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記決定された入力モードに関連する入力モード反映キーに電子ペーパが配置され、
前記入力モードを表示するステップが、前記決定された入力モードに対応する電圧パターンを前記入力モード反映キーの表示スイッチに供給するステップを含む請求項１７から請求項１９のいずれかに記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−８１１５（Ｐ２０１３−８１１５Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３９０１２（Ｐ２０１１−１３９０１２）
【出願日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【出願人】（５０５２０５７３１）レノボ・シンガポール・プライベート・リミテッド (292)
【復代理人】
【識別番号】１００１０６６９９
【弁理士】
【氏名又は名称】渡部 弘道
【復代理人】
【識別番号】１０００７７５８４
【弁理士】
【氏名又は名称】守谷 一雄
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【出願人】（５０５２０５７３１）レノボ・シンガポール・プライベート・リミテッド (292)
【復代理人】
【識別番号】１００１０６６９９
【弁理士】
【氏名又は名称】渡部 弘道
【復代理人】
【識別番号】１０００７７５８４
【弁理士】
【氏名又は名称】守谷 一雄
【Ｆターム（参考）】
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