JP2008232707A - 赤外線タッチスイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子と受光素子の光伝達特性のバラツキやこれらの素子の経時変化（特性劣化）、周囲温度などの使用環境による特性の変化、反射物の反射率の個体差などを考慮することにより、誤判定や操作感の悪化を防止した赤外線タッチスイッチを実現する。
【解決手段】発光素子に矩形波を印加して光を発生させる赤外線発生部と、発光した光が反射物で反射した光を受光し反射光の強さに応じた電圧を発生する受光素子および抵抗と、この受光素子および抵抗で発生した電圧を判定電圧と比較する比較器と、この比較器からの信号に基づいて前記反射物の有無を判断する赤外線タッチスイッチにおいて、前記比較器を並列に複数個設けるとともに、これら比較器の判定電圧を所定の異なる電圧に設定した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、検出器（センサー）からの信号をもとに流量、圧力、温度などを測定するためのフィールド機器に外部からパラメータ設定などを行うために装備される赤外線タッチスイッチに関する。

赤外線タッチスイッチを用いたフィールド機器としては下記の文献が知られている。

特開平１１−１４４５７７ 特開２００３−３７５６３

はじめに、表示モードと設定モードについて簡単に説明する。
赤外線タッチスイッチは、ＬＣＤなどの表示器と組み合わせて使用される。フィールド計器では、通常は出力値（測定結果）を表示する状態を維持しており、これを表示モードと称する。

内部データを確認したり、データを変更する必要がある場合に、赤外線タッチスイッチを機能させて設定モードに入る。表示モードから設定モードへの移行は、誤動作防止のために、ある特定操作をしたときだけ実行可能となる。

図４はフィールド機器の表示モードと設定モードの切替え、及び内部データの変更に用いられる赤外線タッチスイッチの従来例を示す要部構成図である。
図４において、１はフィールド機器(図示省略)内に配置された赤外線発光部であり、矩形波発生部２を含む駆動回路によって発光素子３に矩形波状の駆動電流ＩＦを流して赤外線を発光させる。

４は発光素子３で発光した光が反射物９で反射した光を受光する受光素子である。１０はフィールド機器の前面であって、発光素子３および受光素子４と反射物９の間に配置された透明部材（ガラス）である。

５は一端が受光素子４のエミッタ端子に接続された可変抵抗であり、他端は接地されている。６は比較器で、非反転入力端子側が受光素子４のエミッタ端子に接続され、反転入力端子側には所定の電圧に設定された判定電圧７が印加されている。この比較器６の出力端は判定回路８に接続されている。

上述の構成において、反射物９が無い場合、受光素子４は赤外線を受光できないので光電流ＩＬは流れない。図では省略するが発光素子３と受光素子４の間には遮蔽物があり、発光素子３から出射した光を受光素子４が直接受光することがないように構成されている。

反射物９が有る場合、反射物９で赤外線が反射して受光素子４に光電流ＩＬが流れる。
この光電流ＩＬは可変抵抗５によって電圧ＶＬに変換され、比較器６に入力される。
比較器６はＶＬが判定電圧７よりも大きいかあるいは小さいかという信号を判定回路８へ出力する。この信号によって、判定回路８は反射物９の有無（スイッチのＯＮ、ＯＦＦ）を判定する。

ところで、反射物９が無いとき、すなわちスイッチがＯＦＦのときには光電流がＩＬが全く流れず、反射物があるとき、すなわちスイッチがＯＮのときだけ光電流がＩＬが流れれば、ＩＬの有無だけでスイッチのＯＮ、ＯＦＦを判定できる。

しかし、現実にはスイッチがＯＦＦのときの光電流ＩＬはゼロにはならない。
これは、遮蔽物を設けても赤外線スイッチを収納しているケースの構成要素などで赤外線が反射してしまい受光素子に入力されてしまうためである。

ここで、スイッチがＯＦＦのときの光電流をＩＬ（ｏｆｆ)とし、スイッチがＯＮのときの光電流をＩＬ（ｏｎ）とすると、ＩＬ（ｏｎ）＞ＩＬ（ｏｆｆ）という関係になるので、判定電圧７をＩＬ（ｏｎ）とＩＬ（ｏｆｆ）に相当する電圧ＶＬ（ｏｎ）とＶＬ（ｏｆｆ）の間に設定すればよい。
図５はスイッチがＯＦＦのときでも光電流ＩＬがゼロにならない状態を示すもので、判定電圧はＶＬが（ｏｆｆ)の場合の電圧より高く設定している。

しかしながら、発光素子３と受光素子４の光伝達特性には数十倍のバラツキがあり、駆動電流ＩＦを一定にしても光電圧ＶＬは一定にならない。例えば、ＶＬ（ｏｎ）がものによって１Ｖであったり、２０ＶであったりしてＶＬ（ｏｎ）＞判定電圧＞ＶＬ（ｏｆｆ）にならない場合がある。

そこで、ＶＬ（ｏｎ）＞判定電圧＞ＶＬ（ｏｆｆ）になるように、判定レベルを個別調整する必要がある。具体的には抵抗５を可変抵抗にして、手動の感度調整を行っている。
感度調整は構成要素（発光素子、受光素子など）の経時変化（特性劣化）、周囲温度などの使用環境による特性の変化、反射物の反射率の個体差などを考慮して実施するが、これらの変動が大きい場合には、スイッチ操作ができなかったり、操作性が悪くなったりする。

図６は、判定電圧（ＶＡ）に対して反射物の有無による電圧（ＶＬ（ｏｆｆ）・・・反射物無しのときの電圧とＶＬ（ｏｎ）・・・反射物有りのときの電圧）の状態を示すもので、（１）のグラフはＶＬ（ｏｎ）で判定電圧を超えているので比較器６は反射物有りの正常な信号を判定手段８に出力する。

次に（２）のグラフではＶＬ（ｏｎ）で判定電圧に達していないので比較器６は反射物無しの信号を判定手段８に出力するので誤判定となる。
更に、（３）のグラフではＶＬ（ｏｆｆ）のときに判定電圧を超えているので比較器６は反射物有りの信号を判定手段８に出力するので誤判定となる。

したがって本発明は、発光素子と受光素子の光伝達特性のバラツキやこれらの素子の経時変化（特性劣化）、周囲温度などの使用環境による特性の変化、反射物の反射率の個体差などを考慮することにより、誤判定や操作感の悪化を防止した赤外線タッチスイッチを実現することを目的とする。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の赤外線タッチスイッチにおいては、
発光素子に矩形波を印加して光を発生させる赤外線発生部と、発光した光が反射物で反射した光を受光し反射光の強さに応じた電圧を発生する受光素子および抵抗と、この受光素子および抵抗で発生した電圧を判定電圧と比較する比較器と、この比較器からの信号に基づいて前記反射物の有無を判断する赤外線タッチスイッチにおいて、前記比較器を並列に複数個設けるとともに、これら比較器の判定電圧を所定の異なる電圧に設定したことを特徴とする。

請求項２においては、請求項１に記載の赤外線タッチスイッチにおいて、
前記複数の比較器を３個設けそれぞれ第１，第２，第３の比較器としたとき、第１比較器の判定電圧ＶＡは前記反射物があるときの電圧よりもわずかに小さく、前記第２比較器の判定電圧ＶＢは前記反射物が無いときの電圧よりも大きくかつ、前記判定電圧ＶＡよりも小さく、前記第３比較器の判定電圧ＶＣは前記反射物があるときの電圧よりも大きく設定したことを特徴とする。

請求項３においては、請求項１または２に記載の赤外線タッチスイッチにおいて、
前記受光素子および抵抗で発生した電圧をＶＬとしたとき、ＶＬが前記ＶＡよりも大きくＶＣよりも小さな電圧（ＶＡ＜ＶＬ＜ＶＣ）になったとき、またはＶＬがＶＢよりも大きくＶＡよりも小さな電圧（ＶＢ＜ＶＬ＜ＶＡ）を所定時間維持したとき反射物の有無を判断することを特徴とする。

以上説明したことから明らかなように請求項１，２の発明によれば、比較器を並列に３個設け、それぞれ第１，第２，第３の比較器としたとき、第１比較器の判定電圧ＶＡは前記反射物があるときの電圧よりもわずかに小さく、前記第２比較器の判定電圧ＶＢは前記反射物が無いときの電圧よりも大きくかつ、前記判定電圧ＶＡよりも小さく、前記第３比較器の判定電圧ＶＣは前記反射物があるとき電圧よりも大きく設定したので、反射物や素子の特性のばらつき、外乱光の影響による赤外線スイッチの誤動作を防止することができる。

請求項３の発明によれば、受光素子および抵抗で発生した電圧をＶＬとしたとき、ＶＬが前記ＶＡよりも大きくＶＣよりも小さな電圧（ＶＡ＜ＶＬ＜ＶＣ）になったとき、またはＶＬがＶＢよりも大きくＶＡよりも小さな電圧（ＶＢ＜ＶＬ＜ＶＡ）を所定時間維持したとき反射物の有無を判断することで、赤外線スイッチが正常に動作しているか否かを検知することができる。

図１は本発明の実施形態の一例を示す要部構成図である。
図１において、図４に示す従来例と同一要素には同一符号を付して重複する説明は省略する。図１では図４に示す比較器６を第１比較器としこの比較器と並列に第２比較器１１および第３比較器１３を設ける。

即ち、第２比較器１１の非反転入力端子は第１比較器６と同様に受光素子４のエミッタ端子に接続され、反転入力端子には電圧ＶＢからなる判定電圧１２が印加されている。そして、この比較器１１の出力端は判定回路８に接続されている。

また、第３比較器１３の非反転入力端子も第１比較器と同様に受光素子４のエミッタ端子に接続され、反転入力端子には電圧ＶＣからなる判定電圧１４が印加されている。そして、この比較器１３の出力端も判定回路８に接続されている。

上述の構成において、比較器１１、１３は受光素子４に流れる電流と可変抵抗５により発生する電圧ＶＬが第２，第３比較器に印加されている判定電圧ＶＢ、ＶＣよりも大きいか、あるいは小さいかという情報を判定回路８へ出力する。

図２はそれぞれの判定電圧ＶＡ，ＶＢ，ＶＣの設定値を示すものである。判定電圧ＶＡは適切なスイッチの操作感を得られる判定値として従来と同様に平均的な”ＶＬ（ｏｎ）＋ＶＬ（ｏｆｆ）”の少し下になるように設定し、判定電圧ＶＢは反射不良などにより赤外線の受信信号が小さい場合の判定値として反射物９が無い状態のＶＬ（ｏｆｆ）より少し高い電圧に設定し、判定電圧ＶＣは外乱光によってスイッチが使用できない状態であることを判断するための判定値として反射物９が有る状態の”ＶＬ（ＯＮ）＋ＶＬ（ＯＦＦ）”より高い電圧に設定する。

図３は判定回路８による判定結果を示すものである。
即ち、判定回路８ではスイッチのＯＮ／ＯＦＦ判定を以下のように行う。
ＶＬ＜ＶＢ：スイッチＯＦＦ。
ＶＡ＜ＶＬ＜ＶＣ：スイッチＯＮ（図３−（１））。

ＶＣ＜ＶＬ：
外乱光により受光素子４が誤動作している可能性が高いため、スイッチＯＦＦと判定。また、スイッチが使用不可の状態であることをスイッチステータス信号に出力する。（図２（ｂ）−（３））

ＶＢ＜ＶＬ＜ＶＡ：
ＶＬがこの状態を維持する時間がＸ秒以下（例えば５秒程度）であれば、外乱によって受光素子４が反応していると判断し、スイッチＯＦＦと判定する。この状態をＸ秒以上維持した場合、スイッチは押されているが受信信号が不足していると判断し、以降はＶＢをしきい値としてＶＢ＜ＶＬならばスイッチＯＮと判定する（図３−（２））。

このとき、スイッチが受信信号不足の状態であることをスイッチステータス信号に出力する。ＶＢ＜ＶＬでスイッチＯＮの判定を行う場合、ＶＢがＶＬ（ｏｆｆ）の少し高い電圧に設定されているため、反射物９がガラス１０の表面から多少離れていてもスイッチＯＮと判断される可能性があり、スイッチとしての操作感が多少損なわれる。
従って、ＶＬがＶＡ＜ＶＬ＜ＶＣの状態になるか、一定期間（例えば５分程度）経過した後は、スイッチＯＮのしきい値をＶＡに戻す。

以上のように判定回路８を動作させることにより、従来の回路では誤判定されていた受信信号不足の状態（図２（ｂ）−（２））においても多少操作感は悪くなるがスイッチのＯＮを判定でき、外乱光の影響が大きい状態（図３−（３））でもＯＦＦと判定できる。
従って、反射物や素子の特性のばらつき、外乱光の影響による赤外線スイッチの誤動作を防止でき、また、赤外線スイッチが正常に動作しているかを判断することができる。

なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。
したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形を含むものである。

本発明の実施形態の一例を示す赤外線タッチスイッチの要部構成図である。 判定電圧ＶＡ，ＶＢ，ＶＣの設定値を示す説明図である。 判定回路８による判定結果を示す説明図である。 従来の赤外線タッチスイッチの要部構成図である。 スイッチがＯＦＦのときでも光電流ＩＬがゼロにならない状態を示す説明図である。 判定電圧に対して反射物の有無による電圧の状態を示す説明図である。

符号の説明

１ 赤外線発生部
２ 矩形波発生部
３ 発光素子
４ 赤外線受光部
５ 可変抵抗
６ 第１比較器
７，１２，１４ 判定電圧
８ 判定回路
９ 反射物
１０ 透明部材
１１ 第２比較器
１３ 第３比較器

Claims (3)

1. 発光素子に矩形波を印加して光を発生させる赤外線発生部と、発光した光が反射物で反射した光を受光し反射光の強さに応じた電圧を発生する受光素子および抵抗と、この受光素子および抵抗で発生した電圧を判定電圧と比較する比較器と、この比較器からの信号に基づいて前記反射物の有無を判断する赤外線タッチスイッチにおいて、前記比較器を並列に複数個設けるとともに、これら比較器の判定電圧を所定の異なる電圧に設定したことを特徴とする赤外線タッチスイッチ。
2. 前記複数の比較器を３個設けそれぞれ第１，第２，第３の比較器としたとき、第１比較器の判定電圧ＶＡは前記反射物があるときの電圧よりもわずかに小さく、前記第２比較器の判定電圧ＶＢは前記反射物が無いときの電圧よりも大きくかつ、前記判定電圧ＶＡよりも小さく、前記第３比較器の判定電圧ＶＣは前記反射物があるときの電圧よりも大きく設定したことを特徴とする請求項１に記載の赤外線タッチスイッチ。
3. 前記受光素子および抵抗で発生した電圧をＶＬとしたとき、ＶＬが前記ＶＡよりも大きくＶＣよりも小さな電圧（ＶＡ＜ＶＬ＜ＶＣ）になったとき、またはＶＬがＶＢよりも大きくＶＡよりも小さな電圧（ＶＢ＜ＶＬ＜ＶＡ）を所定時間維持したとき反射物の有無を判断することを特徴とする請求項１または２に記載の赤外線タッチスイッチ。

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