JP2008258936A - 赤外線タッチスイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】外乱光の影響を確実に防止することが可能な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赤外光を発光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電圧発生手段と、この電圧発生手段で発生した電圧を入力するハイパスフィルタと、このハイパスフィルタからの出力を入力し基準電圧と比較する比較器とを具備し、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、前記電圧発生手段に外乱光検出抵抗を設け、この外乱光検出抵抗を流れる電流によって前記比較器に入力する基準電圧の値を変化させるように構成した。
【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

図４はフィールド機器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（図示省略）を含む駆動回路によって発光素子（図示省略）に矩形波状の駆動電流を流して赤外線を発光させる。

４は赤外線発生部１で発光した光が反射物３で反射した光を受光する赤外線受光部、２はフィールド機器の前面に配置された透明部材（ガラス）である。

５は一端が赤外線受光部４に接続され、他端は接地された抵抗であり、この抵抗５と赤外線受光部４で電圧発生手段が構成されている。６はハイパスフィルタ（以下ＨＰＦという）で、その出力端子は比較器７に接続されている。また、この比較器７には所定の電圧に設定された基準電圧（Ｖ０）が印加されており、この比較器７の出力端子は判定部８に接続されている。

上述の構成において、赤外線発生部１からはパルス状の光が発光し、赤外線受光部４は反射物３が無い場合、ガラスで反射したパルス状の光信号（以下ＬNという）を受光し、反射物３がある場合、ガラスで反射したパルス状の光信号と反射物３で反射したパルス状の光信号（以下Ｌｓという）を受光し、受光量（ＬN＋Ｌｓ）に応じた電流（ＩN＋Ｉｓ）が流れる。なお、赤外線受光部４は反射物３が無い場合、外来光（Ｌｘ）も受光する。

抵抗５は、受光部４の出力電流を受光電圧に変換（Ｉｓ+ＩN→Ｖｓ＋ＶN、ＬN＋Ｌｘ→ＶN＋Ｖｘ）し、ＨＰＦ６を介して比較器７に入力する。比較器７は、受光電圧を基準電圧（Ｖ０）と比較する。基準電圧（Ｖ０）はＶNとＶｓの間になるように設計する。

反射物３がない場合：ＶNが基準電圧（Ｖ０）より低いので、比較器７はＯＦＦ信号（ｅｘ：Ｌｏｗレベル）を出力する。
反射物３がある場合：Ｖｓが基準電圧（Ｖ０）より大きいので、ＯＮ信号（ｅｘ：Ｈｉｇｈレベル）を出力するが、比較部７にはＶNを含んだＶｓ＋ＶNが入力する。

図５は反射物３がない場合（ガラス２からの反射分）と、反射物がある場合の赤外線受光部４と抵抗５による電圧の発生状態と基準電圧（Ｖ０）の関係を示す説明図である。
図示のように、比較器７に入力する基準電圧（Ｖ０）はガラス２からの反射分ＶNの電圧よりも高く、反射物がある場合のＶｓ+ＶNよりも低く設定されている。

判定部８は、瞬間的な短い時間でのノイズによる影響を受けないようにするため、比較器７からのＯＮ信号が一定数連続した場合にＯＮ判定するように設計されている。
上記赤外線タッチスイッチにおいて、実際には受光部４にて外乱光（Ｌｘ：ＤＣ成分）も受光する。ＨＰＦ６は外乱光（Ｌｘ）の影響を少なくし、パルス信号（Ｖｓ，ＶN）のみを通過させるように機能する。
外乱光（Ｌｘ）もパルス信号（Ｌｓ、ＬN）と同様、受光部４にてＬｘに応じた電流Ｉｘに変換され、抵抗５で受光電圧に変換（Ｉｘ→Ｖｘ）される。

図６（ａ，ｂ）はＨＰＦ６がない場合（ａ）と、ＨＰＦ６がある場合（ｂ）において、外乱光により生じた電圧Ｖｘが比較器７に入力した場合の出力の状態を示す説明図である。
反射物３がある場合、外乱光（Ｌｘ）は反射物によりほぼ遮断されるためＨＰＦ６の効果は小さい。これに対し、反射物３がない場合にＨＰＦ６の効果が大きい。以下反射物がない場合の動作について説明する。

図６（ａ）では外乱光がない場合、比較器７にはパルス状の電圧ＶNのみが入力している。この入力電圧は基準電圧（Ｖ０）よりも低いので比較器７の出力はＬｏｗレベルとなっている。この状態で外乱光（Ｖｘ）が入力すると比較器７には（Ｖｘ＋ＶN）の電圧が入力する。この信号は基準電圧（Ｖ０）を超えているので比較器７からはＨｉｇｈレベルの信号が連続して出力する。

この連続するＨｉｇｈレベルの信号は判定部８（図４参照）に入力するが、判定部ではあらかじめＨｉｇｈレベルがたとえば３個以上入力した場合は反射物ありと判断するように設定されており、この場合は反射物がないにもかかわらず反射物ありと誤判断する。

図６（ｂ）においても外乱光がない場合、比較器７にはパルス状の電圧ＶNのみが入力するのは図６（ａ）と同様である。この状態で外乱光により生じた電圧（Ｖｘ）がＨＰＦ６に入力するが、その出力はＨＰＦ６の時定数により減衰し基準電圧（Ｖ０）を超えるものが少なくなる。
図では６個の信号のうちの一つのみが基準電圧（Ｖ０）を超え、その他は基準電圧に達していない。従って、この場合は判定部８は反射物なしと判断するので誤判断を防止することができる。

ところで、外乱光の強さが図６（ｂ）で示すように程よい場合には問題ないが、強くなった場合には外乱光の影響を受けることになる。
図７（ａ，ｂ）は外乱光の強さが程よくＨＰＦ６により誤判断が防止できた場合と、外乱光の強さが強いため、ＨＰＦ６があっても外乱光の影響を防止できない場合を示す説明図である。

即ち、図７（ａ）の場合は外乱光が小さいためＨＰＦ６の時定数により基準電圧を超える信号が一つのみとなり、この場合は判定部は反射物なしと正常に判断する。
しかし図７（ｂ）の場合は外乱光が大きいためＨＰＦ６の時定数による信号の減衰があっても基準電圧を超えるものが３個以上あるので反射物ありと誤判断する。
本発明はこのような誤判断を防止するためになされたもので、外乱光の影響を確実に防止することが可能な赤外線タッチスイッチを実現することを目的としている。

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に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赤外光を発光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電圧発生手段と、この電圧発生手段で発生した電圧を入力するハイパスフィルタと、このハイパスフィルタからの出力を入力し基準電圧と比較する比較器とを具備し、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、前記電圧発生手段に外乱光検出抵抗を設け、この外乱光検出抵抗を流れる電流によって前記比較器に入力する基準電圧の値を変化させるように構成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、
前記外乱光検出抵抗に流れる電流に応じて、前記比較器に入力する基準電圧を電源電圧から生成するスイッチを有し、前記外乱光検出抵抗に流れる電流が大きいときに、前記比較器に入力する基準電圧が増加するように前記スイッチが動作することを特徴とする。

請求項３においては、赤外線タッチスイッチにおいて、
発光素子に矩形波を印加して赤外光を発光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電圧発生手段と、この電圧発生手段で発生した電圧を入力するハイパスフィルタと、このハイパスフィルタからの出力を入力し基準電圧と比較する比較器とを具備し、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、前記電圧発生手段に外乱光検出抵抗を設け、この外乱光検出抵抗を流れる電流によって前記比較器の出力をオフと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に記載の発明によれば、電圧発生手段に外乱光検出抵抗を設け、この外乱光検出抵抗に流れる電流に応じて、比較器に入力する基準電圧を電源電圧から生成するスイッチを有し、外乱光検出抵抗に流れる電流が大きいときに、比較器に入力する基準電圧が増加するようにスイッチが動作するようにしたので、外乱光が入射したときの誤判断を防止することができる。

請求項３の発明によれば、電圧発生手段に外乱光検出抵抗を設け、この外乱光検出抵抗を流れる電流によって前記比較器の出力をオフとするので、外乱光が入射したときの誤判断を防止することができる。

図１（ａ）は本発明の実施形態の一例を示す要部構成図、図１（ｂ）は図１（ａ）の点線で囲ったＡ部詳細図である。
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。９は外乱光を検出する検出抵抗であり、この抵抗の一端は赤外線受光部４に接続され他端はＶＣＣ電源に接続されている。

１０は基準電圧制御部であり、図１（ｂ）に示すようにトランジスタＴＲと、直列に接続された２つの抵抗Ｒ１，Ｒ２から構成されている。そして、この基準電圧制御部１０を構成するトランジスタＴＲはエミッタが電源電圧ＶＣＣに接続され、コレクタは抵抗Ｒ１の一端に接続されており、抵抗Ｒ２の一端は抵抗Ｒ１の他端に接続され、他端は基準電圧（Ｖ０）に接続されている。
ここで、抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点が比較器７の基準電圧（Ｖ０１）として入力され、トランジスタＴＲのベースは検出抵抗９と赤外線受信部４の接続点に接続されている。

図２は反射物３がない場合において、外乱光（Ｌｘ）が小さく従って外乱光により生じる（Ｖｘ）が小さな場合（ａ）と、外乱光（Ｌｘ）が大きく外乱光により生じる電圧（Ｖｘ）が大きな場合の比較器７の出力を示す説明図である。

図１の構成において、反射物３がなく外乱光が小さな場合、ＨＰＦ６への電圧入力は上昇するが、ＨＰＦ６の時定数により比較器７の基準電圧（Ｖ０）を上回る出力パルスは一つしかない。したがって判定手段８は反射物なしと正しく判断する。

次に、反射物３がなく外乱光が大きな場合、赤外線受光部４に大きな電流が生じ外乱光検出抵抗９と赤外線受光部４間の電圧が低くなる。

その結果、スイッチとして機能するトランジスタＴＲのベースがオンとなり抵抗Ｒ１，Ｒ２間に基準電圧（Ｖ０）を上回る電圧が発生する。従って、比較器７に入力する基準電圧はＶ０→Ｖ０１に上昇し比較器７の出力はローレベルとなり、判定手段８は反射物なしと正しく判断する。その結果、反射物がない状態での外乱光（Ｌｘ）による誤動作を防止することができる。

図３は請求項３の実施例を示すもので、図１と異なるところは図１に示す基準電圧制御部１０の替りに比較器出力制御部１１を設けている点である。即ち、大きな外乱光が入射した場合は赤外線受光部４に大きな電流が生じ外乱光検出抵抗９と赤外線受光部４間の電圧が低くなる。その低くなった電圧をトリガとして比較器出力制御部１１から比較器７の出力をオフにする信号が出力され、判定部８への入力をローレベルに維持する。その結果、反射物がない状態での外乱光（Ｌｘ）による誤動作を防止することができる。

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。 反射物がない場合、外乱光の大小により生じる比較器の出力を示す説明図である。。 他の実施形態の一例を示す赤外線タッチスイッチの要部ブロック構成図である。 従来の赤外線タッチスイッチの要部構成図である。 反射物がない場合と、反射物がある場合の赤外線受光部と抵抗５による電圧の発生状態と基準電圧の関係を示す説明図である。 ＨＰＦ６がない場合と、ＨＰＦ６がある場合において、外乱光Ｖｘが入射した場合の比較器の出力の状態を示す説明図である。 外乱光の強さにより誤判断が防止できた場合と、できない場合を示す説明図である。

符号の説明

１ 赤外線発生部
２ ガラス
３ 反射物
４ 赤外線受光部
５ 抵抗
６ ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）
７ 比較器
８ 判定部
９ 外乱光検出抵抗
１０ 基準電圧制御部
１１ 比較器出力制御部

Claims (3)

1. 発光素子に矩形波を印加して赤外光を発光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電圧発生手段と、この電圧発生手段で発生した電圧を入力するハイパスフィルタと、このハイパスフィルタからの出力を入力し基準電圧と比較する比較器とを具備し、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、前記電圧発生手段に外乱光検出抵抗を設け、この外乱光検出抵抗を流れる電流によって前記比較器に入力する基準電圧の値を変化させるように構成したことを特徴とする赤外線タッチスイッチ。
2. 前記外乱光検出抵抗に流れる電流に応じて、前記比較器に入力する基準電圧を電源電圧から生成するスイッチを有し、前記外乱光検出抵抗に流れる電流が大きいときに、前記比較器に入力する基準電圧が増加するように前記スイッチが動作する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. 発光素子に矩形波を印加して赤外光を発光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電圧発生手段と、この電圧発生手段で発生した電圧を入力するハイパスフィルタと、このハイパスフィルタからの出力を入力し基準電圧と比較する比較器とを具備し、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、前記電圧発生手段に外乱光検出抵抗を設け、この外乱光検出抵抗を流れる電流によって前記比較器の出力をオフとすることを特徴とする赤外線タッチスイッチ。

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