JP2008035275A - 玩具用光電スイッチ回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型の玩具の自然な外観を損なうことなく、玩具の遠隔操作が可能なスイッチ回路を提供する。
【解決手段】 発光ダイオード65と電圧安定化コンデンサー71とを並列として検波増幅用トランジスタ73のベース・エミッタ間に接続して検波増幅用トランジスタ73を入力信号応答スイッチとして入力信号出力端子63に接続し、発光ダイオード65のアノードを当該光電スイッチ回路60の出力信号入力端子61に接続し、出力信号入力端子61への入力電圧により発光ダイオード65を点灯させ、発光ダイオード65が受光すると入力信号出力端子63にＨレベル信号又はＬレベル信号を出力することができる玩具用光電スイッチ回路60とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、発光ダイオードを用いて外部から遠隔操作を行って玩具を作動させる玩具用の光電スイッチ回路に関するものである。

今日、走行や発光の点滅、又は音声出力を可能とする玩具では、内部にマイクロコンピューターを搭載し、無線又は赤外線などにより遠隔操作を可能とするものが数多く提供されている。
この赤外線受光素子を設けた玩具では、リモートコントローラーからの赤外線をフォトダイオードで受光し、走行方向の切り換えや回転、又は発音動作やＬＥＤの点滅などの制御切り換えを行うものである。

又、本件出願人は、玩具の内部に赤外線発光手段としての赤外線ＬＥＤと赤外線受光手段としてのフォトダイオードとを組み込み、複数の玩具の動作を相互に連携させる玩具の発明を提案している（例えば特許文献１）。
特開２００６−０４３２８５

前述の様に、発光手段と受光手段を玩具に組み込むことは、光の入射穴と射出穴を玩具の表面に設ける必要があり、玩具の自然な外観を損なうことが多かった。
又、受光手段とするフォトダイオードと発光手段とする赤外線ＬＥＤとを玩具の内部に組み込むことは、小型の人形などにおいては困難な場合が多く、玩具を小型化することが困難となっていた。

本発明は、このような問題を解決し、発光ダイオードにより光信号を出力し、且つ、発光ダイオードが光信号を受光したときに検波増幅用トランジスタを導通させて入力信号を形成することのできるスイッチ回路とし、このスイッチ回路により小型であって外観が自然な玩具を提供するものである。

本発明は、発光ダイオード（65）とコンデンサー（71）とを並列として検波増幅用トランジスタ（73）のベース・エミッタ間に接続し、検波増幅用トランジスタ（73）を入力信号応答スイッチとして入力信号出力端子（63）に接続し、発光ダイオード（65）のアノードを当該光電スイッチ回路（60）の出力信号入力端子（61）に接続し、出力信号入力端子（61）への入力電圧により発光ダイオード（65）を点灯させ、発光ダイオード（65）が受光すると入力信号出力端子（63）にＨレベル信号又はＬレベル信号を出力することができる玩具用光電スイッチ回路（60）とするものである。

又、発光ダイオード（65）と直列に作動スイッチングトランジスタ（75）を挿入して発光ダイオード（65）は作動スイッチングトランジスタ（75）を介して電源線（37）及びグランド線（39）の間に接続し、作動スイッチングトランジスタ（75）の制御端子を光電スイッチ回路（60）の出力信号入力端子（61）に接続することもある。

そして、発光ダイオード（65）としては、赤外線発光ダイオードを用いることもあり、この光電スイッチ回路（60）の出力信号入力端子（61）をマイクロコンピューター（20）のドレイン開放型出力端子に接続し、このマイクロコンピューター（20）の信号検出端子（29）である入力端子に光電スイッチ回路（60）の入力信号検出端子（29）を接続した玩具用光電スイッチ回路（60）とするものである。

発光ダイオードとコンデンサーとを並列として検波増幅用トランジスタのベース・エミッタ間に接続し、検波増幅用トランジスタを入力信号応答スイッチとした玩具用光電スイッチ回路であるから、1個の発光ダイオードとトランジスタ及びコンデンサーの単純な回路による玩具動作用のスイッチ回路であって、玩具への組み込みが容易であり、玩具の自然な外観を損なうことなく玩具を容易に小型化することができ、発光ダイオードを点滅させて当該玩具から他の玩具に光を送り、当該玩具の発光ダイオードで受光した光に応じて入力信号出力端子から信号を出力することができる。

また、発光ダイオードと直列に作動スイッチングトランジスタを挿入することにより発光ダイオードを作動スイッチングトランジスタを介して電源線及びグランド線に接続し、作動スイッチングトランジスタの制御端子を光電スイッチ回路の出力信号入力端子に接続する玩具用光電スイッチ回路は、離れた玩具相互間の動きを連動させることを確実とし、又、玩具が内蔵するマイクロコンピューターの出力端子がドレイン開放型でなくても、発光ダイオードが受光したときに確実に入力信号出力端子に信号を入力することができる。

そして、発光ダイオードとして赤外線発光ダイオードを用いる場合は、より離れた玩具相互間の動きを連動させることを確実とすることができる。
更に、光電スイッチ回路の出力信号入力端子をマイクロコンピューターのドレイン開放型出力端子に接続し、このマイクロコンピューターの信号検出端子である入力端子に光電スイッチ回路の入力信号検出端子を接続した玩具用光電スイッチ回路は、受光した光の断続状態に合わせてマイクロコンピューターにより、玩具に異なる動作の制御を行わせることができる。

本発明の最良の形態は、発光ダイオード65と電圧安定化コンデンサー71とを並列として検波増幅用トランジスタ73のベース・エミッタ間に接続し、検波増幅用トランジスタ73を入力信号応答スイッチとし、この検波増幅用トランジスタ73を当該光電スイッチ回路60の入力信号出力端子63とグランド線39又は電源線37との間に挿入接続し、発光ダイオード65のアノードを当該光電スイッチ回路60の出力信号入力端子61に接続した玩具用光電スイッチ回路60とするものである。

そして、この光電スイッチ回路60の出力信号入力端子61をマイクロコンピューター20のドレイン開放型出力端子に接続し、このマイクロコンピューター20の信号検出端子29である入力端子に光電スイッチ回路60の入力信号検出端子29を接続するものである。

本発明に係る光電スイッチ回路を内蔵する玩具の実施例は、図１及び図２に示すように、腕などの可動部15を有すると共に、内部にマイクロコンピューター20やスピーカー31を備え、電源スイッチである主電源スイッチ19をオン状態とすると、発光ダイオード65を点滅発光させながら可動部15を作動させ、スピーカー31から音声ＩＣに記憶された音声を適宜発生させるものである。

そしてこの玩具10の内部には、マイクロコンピューター20及びスピーカー31などを内蔵しており、図３に示すように、発光ダイオード65が電流制限抵抗器49を介してマイクロコンピューター20に接続され、又、制限抵抗器53と駆動用スイッチングトランジスタ55による駆動制御スイッチ回路50の制御入力端子51がマイクロコンピューター20の駆動制御端子25に接続されている。

更に、この駆動制御スイッチ回路50と直列に可動部駆動用の電磁石41が接続され、スピーカー31もマイクロコンピューター20に接続されているものであり、このマイクロコンピューター20が電源線37に設けた主電源スイッチ19を介して電源33とした電池に接続されているものである。

また、このマイクロコンピューター20には、動作確認を行うためのモニタースイッチ43がモニター端子23に接続され、主電源スイッチ19がオン状態とされたときに初期リセット及びプログラムの起動を行わせる初期リセット用コンデンサー45がリセット端子21に接続されており、電源線37に接続される主電源スイッチ19のオフ状態において、マイクロコンピューター20に浮遊電圧が加わらないように保護抵抗器35を主電源スイッチ19のオフ端子とグランド線39との間に挿入しているものである。

尚、このマイクロコンピューター20は、出力端子をドレイン開放型とすることのできるＭＯＳ−ＩＣ又はＭＯＳ型出力端子を備えたオープンドレイン状態が可能な出力端子を有するものである。

そして、この制御回路において、本実施例では、発光ダイオード65と並列にコンデンサー71及び検波増幅用トランジスタ73を配置した光電スイッチ回路60を設けるものであり、この光電スイッチ回路60は、発光ダイオード65と並列にノイズを除去しつつ電圧を安定化させる電圧安定化コンデンサー71を接続し、且つ、発光ダイオード65と並列に入力信号応答スイッチとしての検波増幅用トランジスタ73を接続するものである。

即ち、発光ダイオード65のアノードをＰＮＰ型トランジスタのベースに作動抵抗器72を介して接続し、発光ダイオード65のカソードをＰＮＰ型トランジスタのエミッタに接続することにより、ＰＮＰ型トランジスタを発光ダイオード65への光入力信号により作動する検波増幅用トランジスタ73とするものである。

更に、この光電スイッチ回路60の出力信号入力端子61を発光ダイオード65のアノードに接続し、入力信号応答スイッチとしての検波増幅用トランジスタ73のコレクタを入力信号出力端子63に接続し、この入力信号出力端子63をマイクロコンピューター20の信号検出端子29に接続するものである。
尚、この発光ダイオード65のカソード側はグランド線39に接続しているものである。

従って、この制御回路において、主電源スイッチ19がオン状態とされ、マイクロコンピューター20が初期動作を開始すると、所定時間後に内臓の音声メモリーのデーターに基づく音声信号を音声出力端子から出力してスピーカー31を発音させると共に、駆動制御端子25から駆動制御信号を駆動制御スイッチ回路50に出力し、電磁石41を作動させて人形の可動部15を駆動させ、点灯制御端子27から点灯信号の出力を行って発光ダイオード65を点滅させることができる。

そして、この駆動制御信号は、図４に示すように、０．数秒程度のオン信号（Ｌレベル信号）を断続させているものであり、駆動制御スイッチ回路50の駆動用スイッチングトランジスタ55を導通させて可動部駆動手段とした電磁石41を断続動作させるものである。

尚、可動部駆動手段として電磁石41ではなく、モーターを使用する玩具10では、連続したオン信号を出力する駆動制御信号を形成するようにプログラムされるものである。

又、点灯制御端子27から出力される点灯信号は、数ミリ秒乃至十数ミリ秒程度のパルス幅とされたＨパルス信号を０．数秒間出力しては０．数秒間のＨパルス信号の出力を停止するパルス信号とされるものであり、Ｈパルス信号の出力により発光ダイオード65を点灯させ、Ｈパルス信号の出力停止により発光ダイオード65を消灯するようにして発光ダイオード65を点滅させるものである。

更に、このようにスピーカー31からの発音や可動部15を駆動させる作動状態時において、当該マイクロコンピューター20では点灯信号を適宜１秒間乃至数秒間停止させて点灯制御端子27をオープンドレイン状態とする出力オフ時間を設け、この玩具10の動作時における点灯信号の出力オフ時間及び玩具10の動作を停止させる非動作時に信号検出端子29を検出状態として入力信号出力端子63の状態検出を当該マイクロコンピューター20に行わせるものである。

即ち、点灯制御端子27がオープンドレイン状態のとき、この光電スイッチ回路60の発光ダイオード65に、この発光ダイオード65の発光波長と同一波長の光が入射されているか否かを検出するものであり、発光波長と同一波長の光が入射されると、発光ダイオード65のアノード側に電圧が励起され、入力信号応答スイッチとした検波増幅用トランジスタ73が導通することにより、入力信号出力端子63がグランド線39に接続されることとなり、信号検出端子29にＬレベル信号が入力されることになる。

従って、このＬレベル信号をトリガー信号として、マイクロコンピューター20に内蔵している音声ＩＣから読み出す音声データーを変更し、又、駆動制御信号の周期を変更して当該玩具10の動作を変更すれば、光電スイッチ回路60の発光ダイオード65に他の玩具10の発光ダイオード65の光を受光させて玩具10の動作を変更することができる。

尚、発光ダイオード65と並列に挿入した電圧安定化コンデンサー71は、点灯制御端子27がオープンドレイン状態とされて何らＨレベル信号又はＬレベル信号を出力していないとき、発光ダイオード65が他の発光ダイオード65の光を受光して電圧を励起することによりアノード電位が不安定な変化を行うことを防止するものである。

又、図面に示した制御回路では、信号検出端子29とグランド線39との間に整形用コンデンサー47を挿入し、光電スイッチ回路60の入力信号出力端子63のＨレベル又はＬレベルへの変化を安定した変化として信号検出端子29で検出することができるようにしている。

更に、この点灯信号は、数ミリ秒乃至十数ミリ秒のパルス信号を数百ミリ秒間出力して０．数秒間などの発光ダイオード65の点灯を行わせるものであるため、１回の点灯により数十回の点滅を行い、この断続により数十バイトの光信号として当該玩具10から発光させることができ、この発光を他の玩具10の発光ダイオード65で受光して受光した玩具10の光電スイッチ回路60から出力させることができる。

そして、受光した玩具10において、この受光により光電スイッチ回路60から出力させる信号をトリガー信号として動作を開始させるに際し、このトリガー信号に数十バイトのデーターを含ませることができるため、トリガー信号の内容によって受光した玩具10に異なる動作を開始させることもできる。

このように、発光ダイオード65と電圧安定化コンデンサー71とを並列として検波増幅用トランジスタ73の制御端子間であるエミッタとベースとの間に挿入すれば、発光ダイオード65が受光したときに入力信号応答スイッチとしての検波増幅用トランジスタ73を導通させる光電スイッチ回路60とすることができ、且つ、発光ダイオード65に電圧を印加して発光ダイオード65を点灯させることもできる。

従って、１個の発光ダイオード65によって他の玩具10の動作を開始させるリモートコントロールスイッチとすることができると共に、他の玩具10からの光を受光して当該玩具10の動作を開始させるスイッチ回路とすることができるものである。

又、図５に示すように、光電スイッチ回路60の出力信号入力端子61と発光ダイオード65のアノードとの間に作動スイッチングトランジスタ75と保護抵抗器77とを挿入することもある。

このように、作動スイッチングトランジスタ75を介して発光ダイオード65に点灯電流を供給する回路とすることにより、発光ダイオード65の出力を大きくして離れた玩具10相互間の動きを確実に連動させ、又、マイクロコンピューター20がＭＯＳ−ＩＣやＭＯＳ型出力端子を備えたオープンドレイン状態が可能なＩＣなどのオープンドレインタイプの出力端子を有していなくても、発光ダイオード65のアノード励起電圧により検波増幅用トランジスタ73のオン・オフ制御が可能な光電スイッチ回路60とすることができる。

更に、発光ダイオード65として、赤外線発光ダイオードを用いる場合は、発光ダイオード65の点滅を肉眼で見ることはできなくても、玩具10と玩具10とが離れている場合にも他の玩具10の発音動作や機械的動作を制御するように連動させることが容易となる。

尚、玩具10は人形に限るものでなく、乗り物の形状として走行動作と発音動作とをさせる場合もあり、又、人形に機械的動作部を設けることなく発音のみの動作を行わせる場合など、種々の玩具10において他の玩具10との連動をさせることができる。

又、入力信号応答スイッチとする検波増幅用トランジスタ73はＰＮＰ型トランジスタに限るものでなく、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタを用いる場合、更にはユニジャンクショントランジスタなどを用いることもある。そして、この検波増幅用トランジスタ73は、マイクロコンピューター20の信号検出端子29とグランド線39との間に挿入するように接続する場合に限ることなく、信号検出端子29と電源線37とを接続及び切断するように挿入することもある。

本発明に係る玩具用の光電スイッチ回路60は、１個の発光ダイオード65により他の玩具10への信号送信と他の玩具10からの信号受信を行って離れた玩具10に連係した動作を行わせることができ、単一の発光ダイオード65とトランジスタ及びコンデンサー71の単純な回路による玩具動作用のスイッチ回路で玩具10への組み込みが容易であり、複数の玩具10で相互に連動した動きをさせて楽しむことができるものである。

本発明に係る玩具の一例を示す正面図。 本発明に係る玩具の一例を示す側面図。 本発明に係る玩具の光電スイッチ回路を含む制御回路の一例を示す回路図。 本発明にかかる玩具の制御回路における制御信号の一例を示すタイムチャート図。 本発明に係る玩具の光電スイッチ回路の他の例を含む制御回路の一例を示す回路図。

符号の説明

１０ 玩具
１５ 可動部
１９ 主電源スイッチ
２０ マイクロコンピューター
２１ リセット端子 ２３ モニター端子
２５ 駆動制御端子 ２７ 点灯制御端子
２９ 信号検出端子
３１ スピーカー
３３ 電源 ３５ 保護抵抗器
３７ 電源線 ３９ グランド線
４１ 電磁石
４３ モニタースイッチ
４５ 初期リセット用コンデンサー
４７ 整形用コンデンサー
４９ 電流制限抵抗器
５０ 駆動制御スイッチ回路
５１ 制御入力端子 ５３ 制限抵抗器
５５ 駆動用スイッチングトランジスタ
６０ 光電スイッチ回路
６１ 出力信号入力端子 ６３ 入力信号出力端子
６５ 発光ダイオード ７１ コンデンサー
７２ 作動抵抗器
７３ 検波増幅用トランジスタ
７５ 作動スイッチングトランジスタ
７７ 保護抵抗器

Claims (4)

1. 発光ダイオードとコンデンサーとが並列とされて検波増幅用トランジスタのベース・エミッタ間に接続され、検波増幅用トランジスタが入力信号応答スイッチとして入力信号検出端子に接続され、発光ダイオードのアノードが光電スイッチ回路の出力信号入力端子に接続され、前記出力信号入力端子への入力電圧により発光ダイオードを点灯させ、発光ダイオードが受光すると前記入力信号出力端子に信号を出力することを特徴とする玩具用光電スイッチ回路。
2. 発光ダイオードと直列に作動スイッチングトランジスタを有して発光ダイオードが作動スイッチングトランジスタを介して電源線及びグランド線の間に接続され、作動スイッチングトランジスタの制御端子が当該光電スイッチ回路の出力信号入力端子に接続されていることを特徴とする請求項１に記載した玩具用光電スイッチ回路。
3. 発光ダイオードが赤外線発光ダイオードであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した玩具用光電スイッチ回路。
4. 光電スイッチ回路の出力信号入力端子がマイクロコンピューターのドレイン開放型出力端子に接続され、このマイクロコンピューターの信号検出端子である入力端子が光電スイッチ回路の入力信号検出端子に接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載した玩具用光電スイッチ回路。

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