JP2008276325A - 光学式入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外乱光の光量変化に応じて受光感度を調整する光学式入力装置を提供する。
【解決手段】発光時増幅信号と比較して入力操作状態と判定するために用いる消灯時増幅信号を外乱光判別手段へも入力し、外乱光の照度の目安となる消灯時増幅信号のレベルに応じて受光手段の受光感度となる光電変換信号の増幅率を可変するので、外乱光の光量に応じて受光手段の受光感度をきめ細かく調整できる。また、消灯時増幅信号のレベル変化から、別に入力操作を検出するための検出装置を設けることなく、入力操作を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、入力操作よって光検出信号が遮断されることから、非接触で入力操作が可能な光学式入力装置に関し、更に詳しくは、外乱光の状況変化に対応する光学式入力装置に関する。

光学式入力装置は、発光素子が発光する光検出信号を、対となる受光素子が受光するように、入力操作領域を隔てて対となる発光素子と受光素子とが配置され、発光素子から所定の発光期間に光検出信号を発光させている。入力操作により、指などの操作体が入力操作領域を通過する光検出信号を遮断すると、発光期間に対となる受光素子が光検出信号を受光せず、受光素子の受光量が低下するので、この受光量の減少から入力操作を検出している。従って、光学式入力装置は、可動部品を用いないので耐久性に優れ、操作パネルに触れることなく所定の入力操作が実行できるので、種々の機器に対して所定のデータを入力する入力装置として広く用いられている。

このように光学式入力装置は、受光素子の受光量の変化から入力操作を検出するが、入力操作領域に受光素子の受光面を臨ませていることから、光検出信号以外の外乱光をも受光し、入力操作の検出には、外乱光による影響を除く必要があった。そこで、従来は、発光素子が光検出信号を発光させない消灯期間に受光素子の受光量を消灯時受光量として検出しておき、これを外乱光による受光量と推定し、発光期間中に受光した発光時受光量から消灯時受光量の差分が光検出信号による受光量を表すものとして、差分のレベルから入力操作の有無を検出していた。

しかしながら、光学式入力装置の設置場所での照度は、暗い部屋での１００ｌｕｘ程度から直射日光を受ける野外の１０万ｌｕｘ程度まで変化する場合があり、光学式入力装置の設置環境によって受光量が大きく異なり、外乱光の受光量が多い場合には、受光出力信号が飽和し、光検出信号による受光を検出できず入力操作の検出ができないものとなった。一方、外乱光の受光量が多い場合に合わせて、受光感度を落とすと、外乱光の受光量が少ない場合に、同様に光検出信号に対する受光感度も落ち、光検出信号の遮断による入力操作を正確に検出できない場合があった。そこで、発光時受光量と消灯時受光量の差分のレベルが、外乱光の受光量が多い場合でも所定値となるように、受光素子の負荷抵抗を減じ、受光素子の受光感度を下げる方法が知られている（特許文献１参照）。

以下、この第１の従来の光学式入力装置１００を図６で説明すると、一対の発光素子１０１と受光素子１０２が入力操作領域を隔てて対向配置されている。発光素子１０１は、ＣＰＵ１０３により開閉制御されるアナログスイッチ１０１ａ、１０１ｂを介して定電圧電源Ｖｃｃと接地間に接続され、所定の発光期間に受光素子１０２に向けて光検出信号を発光する。

また、受光素子１０２は、定電圧電源Ｖｃｃとの間にアナログスイッチ１０５が接続され、他側に、アナログスイッチブロック１０６と抵抗ブロック１０７が直列に接続されている。アナログスイッチブロック１０６の各切換端子ａ、ｂ、ｃは、抵抗ブロック１０７の異なる抵抗値からなる各負荷抵抗１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃに接続し、各負荷抵抗１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃの他端は接地されている。アナログスイッチ１０５の開閉と、アナログスイッチ１０６の各切換端子間の切り換えは、ＣＰＵ１０３により制御され、発光素子１０１が消灯している消灯期間と発光している発光期間のそれぞれで受光素子１０２を受光動作させ、その間の受光量を表す光電変換電流を切り換えられた負荷抵抗１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃのいずれかに流す。

受光素子１０２とアナログスイッチブロック１０６との接続点は、増幅器１０８の入力に接続し、増幅器１０８の出力は、Ａ／Ｄ変換器１０９を介してＣＰＵ１０３に接続する記憶装置１１０に接続している。

この光学式入力装置１００では、入力操作を検出する前の初期設定で、受光素子１０２が抵抗ブロック１０７のいずれかの負荷抵抗１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ（例えば負荷抵抗１０７ｂ）に接続するように、アナログスイッチブロック１０６を切り換えておき、発光素子１０１の消灯期間に受光する消灯時受光量と、発光期間に受光する発光時受光量を受光素子１０２で検出する。消灯時受光量と発光時受光量に応じて、負荷抵抗１０７ｂに光電変換電流が流れ、増幅器１０８の入力電位は、飽和電圧に達しない限り、消灯時受光量と発光時受光量のそれぞれの受光量と、負荷抵抗１０７ｂの抵抗値にほぼ比例するものとなる。

この入力電圧は、増幅器１０８によって増幅され、その増幅した電圧がＡ／Ｄ変換器１０９でＡ／Ｄ変換され、デジタル値として記憶装置１１０に記憶されるので、ＣＰＵ１０３は、発光期間に記憶装置１１０に記憶される発光時受光レベルと消灯期間に記憶装置１１０に記憶される消灯時受光レベルとのレベル差を光検出信号による受光レベルとして、このレベル差から入力操作の判定しきい値を設定し、発光時受光レベルが判定しきい値以上減少した際に、入力操作と判定する。

一方、発光素子１０１や受光素子１０２が経年変化によって性能が低下したり、受光素子１０２の受光面を覆うフィルターに埃などが付着し透過率が低下すると、上記初期設定において、記憶装置１１０に記憶される発光時受光レベルと消灯時受光レベルがともに低下して両者のレベル差も減少し、ＣＰＵ１０３で入力操作を判定可能な判定しきい値が得られないものとなる。このような場合には、アナログスイッチブロック１０６を切り換え制御し、より抵抗値の高い負荷抵抗（例えば負荷抵抗１０７ｃ）を受光素子１０２に接続する。光電変換信号による増幅器１０８の入力電位は、負荷抵抗１０７ｃの抵抗値に比例するので、受光素子１０２による受光感度が上がり、記憶装置１１０に記憶される発光時受光レベルと消灯時受光レベルとのレベル差は拡大し、ＣＰＵ１０３で判定可能な判定しきい値を設定できる。

また、外乱光による受光量が過大となると、上記初期設定において、光電変換信号による増幅器１０８の入力電位が電源Ｖｃｃに接近して飽和し、記憶装置１１０に記憶される発光時受光レベルと消灯時受光レベルがともに飽和したレベルを示すこととなるので、このようなケースでも両者のレベル差がなくなり、ＣＰＵ１０３で入力操作を判定可能な判定しきい値が得られないものとなる。このように外乱光が増大した場合には、アナログスイッチブロック１０６を切り換え制御し、より抵抗値の低い負荷抵抗（例えば負荷抵抗１０７ａ）を受光素子１０２に接続して、光電変換信号による増幅器１０８の入力電位を、負荷抵抗１０７ａの抵抗値に比例させて飽和電圧以下とする。すなわち、受光素子１０２による受光感度を下げ、記憶装置１１０に記憶される発光時受光レベルと消灯時受光レベルとのレベル差を発生させて、ＣＰＵ１０３で判定可能な判定しきい値を得る。

従って、この光学式入力装置１００によれば、外乱光が過大に増加しても、受光素子１０２の受光感度を下げて、入力操作を検出できる。

また、第２の従来例として、入力操作により光検出信号が遮断された際の発光時受光量と、遮断されない際の発光時受光量とが、ともに受光素子の受光量−光電流特性の線形領域に含まれるように、光電変換信号の増幅率を調整する光学式入力装置も知られている（特許文献２参照）。

この従来の光学式入力装置によれば、発光素子や受光素子の特性にばらつきがあっても、光電変換信号の増幅率を受光素子毎に調整することにより、発光時受光量が受光素子の飽和受光量を超えることがなく、線形領域で変化するレベル差から入力操作を誤りなく検出できる。

特公平６−１２５１２号（第３頁第５行乃至第２４行、第１図） 特開平６−１８６３５０号（第３頁第３欄第４２行乃至第４欄９行、第４頁第６欄第３１行乃至第４６行、図１０）

しかしながら、上述の第１、第２の従来例は、Ａ／Ｄ変換器１０９でＡ／Ｄ変換する発光時受光レベルと消灯期間に記憶装置１１０に記憶される消灯時受光レベルが線形領域で変化させたり、両者のレベル差が一定範囲以上となるように、光電変換信号の増幅率、つなわち受光素子の受光感度を調整するものであり、外乱光の受光量自体を判別するものではないので、外乱光の増減に応じて最適な受光感度をえることはできない。

特に、第１の従来例によれば、初期設定中の発光時受光量が飽和受光量に近づいていても、発光時受光レベルと消灯時受光レベルとに所定のレベル差が得られ、受光感度が変更されないので、その後の入力操作検出中に、外乱光がわずかに増加しても受光素子の受光感度が飽和し、入力操作を検出できない恐れがある。

また、上記第１、第２の従来例は、ともに外乱光の受光量の変化を検出するものではないので、突然太陽光を受けたり、室内灯が点灯するなどして、受光素子が飽和すると、発光時受光レベルと消灯時受光レベルとの差がなくなり、入力操作状態を誤判定する恐れがあった。

本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、外乱光の光量変化に応じて受光感度を調整する光学式入力装置を提供することを目的とする。

また、突然の外乱光の変化で、受光手段で飽和受光量に達する恐れが生じた場合に、入力操作状態を判定しない光学式入力装置を提供することを目的とする。

また、入力操作による外乱光の受光量の変化を検出して、待機モードから入力操作位置を判定する通常動作モードへ移行する光学式入力装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、請求項１の光学式入力装置は、光検出信号を発光する発光手段と、入力操作領域を隔て、発光手段に対向して配置され、光検出信号を受光可能な受光手段とを対として有する光送受信ユニットと、発光手段が光検出信号を発光する発光期間（ｔｏｎ）と、光検出信号を発光しない消灯期間（ｔｏｆｆ）の各期間に、対となる受光手段に受光量を検出させ、検出した受光量を表す光電変換信号を受光手段から出力させる受光制御手段と、発光期間（ｔｏｎ）に検出した発光時受光量（Ｌｏｎ（ｃ））を表す光電変換信号と、消灯期間（ｔｏｆｆ）に検出した消灯時受光量（Ｌｏｆｆ）を表す光電変換信号とを、同一の増幅率で増幅し、それぞれ発光時増幅信号と消灯時増幅信号とする増幅手段と、増幅手段の増幅率を可変し、受光手段の受光感度を調整する感度調整手段と、増幅手段から、消灯時増幅信号を入力する外乱光判別手段と、発光時増幅信号のレベルと消灯時増幅信号のレベルの差分を表す差分信号を出力する差分出力手段と、差分信号の出力レベルから、発光期間（ｔｏｎ）での受光手段による光検出信号の受光の有無を検出し、入力操作領域への入力操作状態を判定する入力判定手段と、を備えた光学式入力装置であって、感度調整手段は、発光期間（ｔｏｎ）に受光手段から出力される光電変換信号によって受光手段若しくは差分出力手段が飽和しないように、外乱光判別手段に入力される消灯時増幅信号のレベルに応じて、増幅手段の増幅率を可変することを特徴とする。

発光時増幅信号は、外乱光と光検出信号とを合わせた受光手段での受光量を表し、消灯時増幅信号は、受光手段で受光した外乱光の受光量を表す。従って、差分出力手段から出力される差分信号の出力レベルは、光検出信号による受光量の有無を表し、出力レベルが所定の判定しきい値以下となったときを、入力操作状態と判定できる。

また、外乱光判別手段が、外乱光の照度の目安となる消灯時受光量（Ｌｏｆｆ）を表す消灯時増幅信号を入力し、感度調整手段は、消灯時増幅信号のレベルに応じて、光電変換信号の増幅率を可変するので、受光手段の感度を、外乱光の受光量に応じてきめ細かく調整できる。

請求項２の光学式入力装置は、入力判定手段が、前記外乱光判別手段に入力される前記消灯時増幅信号のレベルが所定の受光しきい値を越えた場合に、所定期間、前記入力操作領域への入力操作状態の判定を停止することを特徴とする。

外乱光判別手段に入力される消灯時増幅信号のレベルと比較する受光しきい値を、発光時受光量（Ｌｏｎ（ｃ））を表す光電変換信号によって受光素子が飽和する恐れがある値に設定することによって、急激に外乱光の受光量が増加して受光素子が飽和した際に、入力操作状態の判定が行われず、入力操作と誤って判定しない。

請求項３の光学式入力装置は、増幅手段は、受光手段と定電圧端子間に直列に接続され、受光手段から出力される光電変換信号の電流に抵抗値を乗じた電圧の信号を増幅信号として、受光手段との接続側一端から出力する負荷抵抗であり、感度調整手段は、受光手段に接続するコモン端子と、互いに異なる抵抗値からなる２以上の負荷抵抗の各接続側一端に接続する複数の切換端子とを有する切換スイッチで構成し、切換スイッチで、受光手段に接続するいずれかの負荷抵抗の抵抗値によって、増幅率を可変することを特徴とする。

光電変換電流が負荷抵抗に流れ、負荷抵抗による電圧降下で表される電圧信号を増幅信号とするので、増幅信号は、光電変換電流の値を、負荷抵抗の抵抗値に比例する増幅率で増幅したものとなる。従って、増幅率に合わせた抵抗値の負荷抵抗を用いることにより、増幅率を可変できる。また、異なる抵抗値の負荷抵抗から、受光手段に接続する負荷抵抗を切換スイッチにより切り換えることにより、増幅率を異なる増幅率から選択できる。

請求項４の光学式入力装置は、光検出信号を発光する発光手段と、入力操作領域を隔て、発光手段に対向して配置され、光検出信号を受光可能な受光手段とを対として有する光送受信ユニットと、発光手段が光検出信号を発光する発光期間（ｔｏｎ）と、光検出信号を発光しない消灯期間（ｔｏｆｆ）の各期間に、対となる受光手段に受光量を検出させ、検出した受光量を表す光電変換信号を受光手段から出力させる受光制御手段と、発光期間（ｔｏｎ）に検出した発光時受光量（Ｌｏｎ（ｃ））を表す光電変換信号と、消灯期間（ｔｏｆｆ）に検出した消灯時受光量（Ｌｏｆｆ）を表す光電変換信号とを、同一の増幅率で増幅し、それぞれ発光時増幅信号と消灯時増幅信号とする増幅手段と、増幅手段から、消灯時増幅信号を入力する外乱光判別手段と、発光時増幅信号のレベルと消灯時増幅信号のレベルの差分を表す差分信号を出力する差分出力手段と、差分信号の出力レベルから、発光期間（ｔｏｎ）での受光手段による光検出信号の受光の有無を検出し、入力操作領域への入力操作状態を判定する入力判定手段と、を備えた光学式入力装置であって、入力判定手段は、外乱光判別手段に入力される消灯時増幅信号のレベルが所定の受光しきい値を越えた場合に、所定期間、入力操作領域への入力操作状態の判定を停止することを特徴とする。

外乱光判別手段に入力される消灯時増幅信号のレベルと比較する受光しきい値を、発光時受光量（Ｌｏｎ（ｃ））を表す光電変換信号によって受光素子が飽和する恐れがある値に設定することによって、急激に外乱光の受光量が増加して受光素子が飽和した際に、入力操作状態の判定が行われず、入力操作と誤って判定しない。

請求項５の光学式入力装置は、光検出信号を発光する発光手段と、光検出信号を受光可能な受光手段とを対として光送受信ユニットが構成され、各光送受信ユニットの発光手段が、入力操作領域の直交するＸ、Ｙ方向に沿って所定間隔で配設され、対となる受光手段が入力操作領域を隔て、発光手段に対向して配置される複数の光送受信ユニットと、各光送受信ユニットの発光手段を所定周期で発光走査し、入力操作領域に光検出信号による光マトリックスを形成する発光制御手段と、発光手段が光検出信号を発光する発光期間（ｔｏｎ）と、光検出信号を発光しない消灯期間（ｔｏｆｆ）の各期間に、対となる受光手段に受光量を検出させ、検出した受光量を表す光電変換信号を受光手段から出力させる受光制御手段と、発光期間（ｔｏｎ）に検出した発光時受光量（Ｌｏｎ（ｃ））を表す光電変換信号と、消灯期間（ｔｏｆｆ）に検出した消灯時受光量（Ｌｏｆｆ）を表す光電変換信号とを、同一の増幅率で増幅し、それぞれ発光時増幅信号と消灯時増幅信号とする増幅手段と、増幅手段から、消灯時増幅信号を入力する外乱光判別手段と、発光時増幅信号のレベルと消灯時増幅信号のレベルの差分を表す差分信号を出力する差分出力手段と、差分信号の出力レベルから、発光期間（ｔｏｎ）での受光手段による光検出信号の受光の有無を検出し、入力操作領域への入力操作状態を判定する入力判定手段と、を備えた光学式入力装置であって、入力操作領域への入力操作を待機する待機モードで、発光制御手段は、各発光手段への発光走査を休止するとともに、受光制御手段は、各受光手段を所定周期で受光走査し、各受光手段から消灯時受光量（Ｌｏｆｆ）を表す光電変換信号を出力させ、
同一受光走査周期内に、少なくとも隣り合う２以上の受光手段について、外乱光判別手段に入力された消灯時増幅信号のレベルが低下したときに、待機モードから通常動作モードに移行し、通常動作モードで、発光制御手段は、各発光手段を発光走査するとともに、受光制御手段は、各受光手段を対となる発光手段の発光期間（ｔｏｎ）と消灯期間（ｔｏｆｆ）に同期させて受光走査し、入力判定手段が入力操作領域への入力操作状態を判定することを特徴とする。

通常動作モードで、増幅手段が出力する発光時増幅信号は、外乱光と光検出信号とを合わせた受光手段での受光量を表し、消灯時増幅信号は、受光手段で受光した外乱光の受光量を表す。従って、差分出力手段から出力される差分信号の出力レベルは、光検出信号による受光量の有無を表し、差分信号の出力レベルが所定の判定しきい値以下となった受光手段への光路が入力操作によって遮断されたものとして、その受光手段及び対となる発光手段の配置位置から、入力操作位置が検出される。

待機モードで、入力操作が行われない状態では、全ての各光送受信ユニットの受光素子がほぼ等しく外乱光を受光するので、外乱光判別手段に入力される各受光素子の消灯時増幅信号のレベルは、ほぼ等しい。待機モードで、入力操作が行われると、入力操作を行う操作体によって入力操作領域の一部が覆われるので、少なくとも隣り合う２以上の受光手段の消灯時受光量（Ｌｏｆｆ）が低下する。従って、同一受光走査周期内で、少なくとも隣り合う２以上の受光手段について受光制御した際の消灯時増幅信号のレベル低下から、非接触で入力操作が検出される。

請求項１の発明によれば、外乱光による受光量を、消灯時受光量（Ｌｏｆｆ）を表す消灯時増幅信号のレベルから得て、受光手段で光電変換する光電変換信号の増幅率を調整するので、受光手段や差分出力手段が飽和しない範囲内で、外乱光の照度に応じた最適な増幅率で光電変換信号を増幅できる。

また、発光時増幅信号と比較して入力操作状態を判定するために求める消灯時増幅信号を、外乱光判別手段へ入力し、外乱光の受光量を検出するので、新たに外乱光の照度を検出する回路を設けることなく、外乱光の受光量に応じて受光感度を調整できる。

これに加えて、請求項２と請求項４の発明によれば、外乱光判別手段に入力される消灯時増幅信号のレベルと比較する受光しきい値を、発光時受光量（Ｌｏｎ（ｃ））を表す光電変換信号によって受光素子が飽和する恐れがある値に設定することによって、急激に外乱光の受光量が増加して受光素子が飽和した際に、入力操作状態の判定が行われず、入力操作と誤って判定しない。

更に、周期的に消灯時増幅信号のレベルが受光しきい値を越えるような外部光源が存在する場合には、消灯時増幅信号のレベルが受光しきい値を越える期間を避けて、入力操作状態を判定し、外部光源の影響を受けずに誤判定することなく、入力操作状態を判定できる。

また、請求項２の発明によれば、共通する外乱光判別手段によって、外乱光の受光量の変化に対して、光電変換信号の増幅率を調整し、所定期間、入力操作状態の判定を停止できる。

これに加えて請求項３の発明によれば、異なる抵抗値の負荷抵抗と、受光手段と各負荷抵抗との接続を切り換える切換スイッチを用いるだけで、増幅率を異なる増幅率から選択できる。

請求項５の発明によれば、入力操作領域への入力操作を待機する待機モードで、発光手段が光検出信号を発光しないので、低消費電力で入力操作を待機できる。

また、発光時増幅信号と比較して入力操作状態を判定するために求める消灯時増幅信号を、外乱光判別手段へ入力し、特定受光手段の外乱光の受光量の変化から入力操作を検出するので、別に入力操作を検出するための検出装置を設けることなく、入力操作を検出でき、待機モードから通常動作モードへ移行できる。

以下、本発明の第１実施の形態に係る光学式入力装置１の基本構成と動作を、光学式入力装置１の概略を示す図１を用いて説明する。同図に示すように、光学式入力装置１は、指、ペンなどの操作体３０を挿入自在な入力操作領域Ｅの周囲に、一対の発光手段となる赤外ＬＥＤ３と受光手段となるフォトトランジスタ４からとからなる光送受信ユニットＵ（Ｕ_１、Ｕ_２、Ｕ_３、Ｕ_４・・）を多数配置している。

各赤外ＬＥＤ３は、入力操作領域Ｅ周囲の直交するＸ、Ｙ方向に沿って内向きに等間隔に配置され、対をなすフォトトランジスタ４は、入力操作領域Ｅを挟み、受光面を対となるＬＥＤ３に対向させて配置される。各フォトトランジスタ４の受光面は、赤外光検出信号を通過させ、可能な限り外乱光による影響を除くように、図示しない赤外透過フィルターによって覆われている。

各光送受信ユニットＵの赤外ＬＥＤ３は、それぞれマイクロコントローラ（以下、マイコンという）５によって接続制御されるＬＥＤマルチプレクサ６に接続し、入力操作位置を検出する通常動作モードにおいては、マイコン５により制御される発光タイミングで順次赤外光検出信号を発光する。通常動作モードにおいて、１スイッチユニットＵの赤外ＬＥＤ３は、例えば、前後に０．０５ｍｓｅｃの消灯期間（ｔｏｆｆ）をおいて、０．０５ｍｓｅｃの発光期間（ｔｏｎ）に、他の赤外ＬＥＤ３と重複しないタイミングで赤外光検出信号を発光するもので、前後の消灯期間（ｔｏｆｆ）には、いずれの他の赤外ＬＥＤ３からも赤外光検出信号を発光しない。発光制御は、全ての赤外ＬＥＤ３について発光制御した後再び繰り返され、その一走査周期Ｔは、入力操作に要する時間に比べて短い時間に設定される。操作者が入力操作に要する時間は、個人差があるが経験的に少なくとも５０ｍｓｅｃ以上と推定し、一走査周期Ｔは５０ｍｓｅｃより短い時間となるように設定している。

一方、各光送受信ユニットＵのフォトトランジスタ４は、マイコン５によって接続制御されるＰｄマルチプレクサ７に接続し、マイコン５で制御される受光タイミングで受光動作する。この受光タイミングは、対となるＬＥＤ３の発光制御に同期するもので、各フォトトランジスタ４毎にその受光タイミングが設定される。ここでは、入力操作を検出する通常動作モードでの動作期間中に、対となる赤外ＬＥＤ３の消灯期間（ｔｏｆｆ）と発光期間（ｔｏｎ）のそれぞれで受光動作し、その期間に受光する消灯時受光量（Ｌｏｆｆ）と発光時受光量（Ｌｏｎ）を検出している。

Ｐｄマルチプレクサ７の出力は、第１増幅回路８を介して発光時入力ホールド回路９と消灯時入力ホールド回路１０に接続している。発光時入力ホールド回路９は、赤外ＬＥＤ３の発光期間（ｔｏｎ）に、対となるフォトトランジスタ４が出力する光電変換信号を、第１増幅回路８で増幅した発光時増幅信号を入力し、消灯時入力ホールド回路１０は、赤外ＬＥＤ３の消灯期間（ｔｏｆｆ）に、対となるフォトトランジスタ４が出力する光電変換信号を、第１増幅回路８で増幅した消灯時増幅信号を入力する。

発光時入力ホールド回路９と消灯時入力ホールド回路１０の出力は、それぞれ差分出力回路１１に接続し、差分出力回路１１は、発光時増幅信号のレベルと消灯時増幅信号のレベルの差分を表す差分信号を第２増幅回路１２へ出力する。発光時増幅信号は、外乱光に光検出信号を加えたフォトトランジスタ４の発光時受光量（Ｌｏｎ）を表し、消灯時増幅信号は、外乱光のみのフォトトランジスタ４の消灯時受光量（Ｌｏｆｆ）を表すので、両者のレベルの差分である差分信号は、光検出信号のみの受光量を表すものとなる。

また、消灯時入力ホールド回路１０の出力は、マイコン５の外乱光入力部１３にも接続し、外乱光の受光量を表す消灯時増幅信号を外乱光入力部１３へ出力している。外乱光入力部１３とともに外乱光判別手段を構成するマイコン５は、外乱光入力部１３に入力される消灯時増幅信号のレベルに応じて、フォトトランジスタ４や消灯時入力ホールド回路１０が光電変換信号によって飽和せず、かつその受光量に合わせて最適な増幅率となるように、第１増幅回路の第１増幅率を可変するものであるが、その動作の詳細は後述する。

差分出力回路１１から出力される差分信号は、第２増幅回路１２によってマイコン５が判別可能なレベルに増幅され、増幅した差分信号のレベルによって、マイコン５は赤外入力操作の有無を判定する。すなわち、フォトトランジスタ４が対となる赤外ＬＥＤ３から発光される赤外光検出信号を受光した際の第２増幅回路１２の出力レベルより低いレベルを判定しきい値として設定し、第２増幅回路１２の出力レベルが判定しきい値以下となった場合に、対となる赤外ＬＥＤ３からの赤外光検出信号の光路が操作体３０の入力操作位置２で遮断されたものとして、その光送受信ユニットＵの取り付け位置間で入力操作があったと判定する。

光学式入力装置１の全体では、全ての光送受信ユニットＵの赤外ＬＥＤ３を順次発光走査し、入力操作領域Ｅに、図１の破線で示す網目状の走査光路を形成する。この入力操作領域Ｅ内に、操作者が操作体３０を挿入し入力操作を行うと、その入力操作位置２を通過するＸ、Ｙ方向の赤外光検出信号が遮断される。その結果、その光路上にあるフォトトランジスタ４は、それぞれ対となる赤外ＬＥＤ３の発光タイミングで赤外光検出信号を受光しないこととなるので、これによってマイコン５は、入力操作の有無と、その入力操作位置を検出する。

以下、この光学式入力装置１の更に具体的な構成と動作を図２乃至図４で説明する。図２は、マルチプレクサ６、７により、一対の赤外ＬＥＤ３とフォトトランジスタ４からなる光送受信ユニットＵが接続されたものとして図示する光学式入力装置１の回路図であり、図３は、図２の光送受信ユニットＵの発光及び受光制御した際の各部の動作波形を示す波形図、図４は、第１増幅回路８と第２増幅回路１２の増幅作用を説明する説明図である。ここで、図２に示す開閉スイッチＳＷ１乃至ＳＷ６、及び切換スイッチＳＷ７、ＳＷ８は、マイコン５の制御ポート１４から出力される制御信号で図３に示すタイミングで、開閉若しくは切り換え制御される。

赤外ＬＥＤ３は、アノードが、ＳＷ１を介して定電圧電源Ｖｃｃに接続し、カソードが接地されている。ＳＷ１は、図３に示す「Ｈ」レベルの制御信号を受けて閉じ、「Ｌ」レベルの制御信号を受けて開く。従って、図３のＳＷ１の制御信号の「Ｈ」レベルの期間が発光期間（ｔｏｎ）に、「Ｌ」レベルの期間が消灯期間（ｔｏｆｆ）となる。

フォトトランジスタ４のコレクタは、ＳＷ２を介して定電圧電源Ｖｃｃに接続し、エミッタは、負荷抵抗Ｒ１、Ｒ２とともに第１増幅回路８を構成する切換スイッチＳＷ８の共通端子に接続している。切換スイッチＳＷ８の２個の切換端子は、更に、それぞれ異なる抵抗値ｒ１、ｒ２の負荷抵抗Ｒ１、Ｒ２に接続し、負荷抵抗Ｒ１、Ｒ２の他側は接地されている。外乱光の受光量が、光学式入力装置１の設置場所や周囲の環境によって数十倍の割合で変化することを考慮し、負荷抵抗Ｒ１の抵抗値ｒ１と負荷抵抗Ｒ２の抵抗値ｒ２の比率は、一方を他方の１０乃至１００倍とすることが望ましいが、ここでは説明の便宜上、抵抗値ｒ１を５ＫΩ、抵抗値ｒ２を２ＫΩとして説明する。

ＳＷ２は、図３に示す「Ｌ」レベルと「Ｈ」レベルとの制御信号を受けて開閉し、フォトトランジスタ４は、ＳＷ２の制御信号が「Ｈ」レベルの期間、受光動作を行い、「Ｌ」レベルの期間、休止する。フォトトランジスタ４の受光動作期間中は、フォトトランジスタ４の受光量に応じた光電変換電流がフォトトランジスタ４を流れ、切換スイッチＳＷ８を切り換えてフォトトランジスタ４に直列に接続させたいずれかの負荷抵抗Ｒ１、Ｒ２に流れる。このとき、切換スイッチＳＷ８の共通端子の電位は、光電変換電流に共通端子に接続する負荷抵抗の抵抗値を乗じた値となり、切換スイッチＳＷ８の共通端子の電位で表される電圧信号は、光電変換信号を負荷抵抗の抵抗値で増幅した増幅信号Ｖ１となる。本実施の形態では、切換スイッチＳＷ８を切り換えて、５ＫΩの抵抗値ｒ１と２ＫΩの抵抗値ｒ２のいずれかを選択可能なので、第１増幅回路８の負荷抵抗による第１増幅率は、５倍と２倍のいずれかから選択される。

切換スイッチＳＷ８の共通端子は、「Ｌ」レベルと「Ｈ」レベルとの制御信号を受けて開閉するＳＷ３とＳＷ４の一側接点に接続し、ＳＷ３の他側接点と、ＳＷ４の他側接点は、それぞれ発光時入力ホールド回路９と消灯時入力ホールド回路１０の入力に接続している。図３に示すように、ＳＷ３は、発光期間（ｔｏｎ）であってフォトトランジスタ４が受光動作を行っている期間に「Ｈ」レベルの制御信号を受けて閉じ、発光期間ｔｏｎにフォトトランジスタ４が受光した発光時受光量（Ｌｏｎ）を表す発光時増幅信号Ｖ１を発光時入力ホールド回路９へ出力する。また、ＳＷ４は、消灯期間（ｔｏｆｆ）であってフォトトランジスタ４が受光動作を行っている期間に「Ｈ」レベルの制御信号を受けて閉じ、消灯期間（ｔｏｆｆ）にフォトトランジスタ４が受光した消灯時受光量（Ｌｏｆｆ）を表す消灯時増幅信号Ｖ１を消灯時入力ホールド回路１０へ出力する。

発光時入力ホールド回路９と消灯時入力ホールド回路１０は、上述の通り異なるタイミングで入力される発光時増幅信号Ｖ１と消灯時増幅信号Ｖ１の電圧レベルを、後段のオペアンプ１１で両者の差分をとり、差分信号として出力するまで保持するもので、フォトトランジスタ４が受光動作を終える毎にリセットされる。この為、発光時入力ホールド回路９は、ＳＷ３の他側接点と接地間に抵抗Ｒ３とコンデンサＣとを直列に接続した積分回路と、コンデンサＣに並列に接続されたＳＷ５と、非反転入力端子を抵抗Ｒ３とコンデンサＣの接続点に、反転入力端子を出力に接続することにより増幅率を１としたオペアンプ１５とで構成している。ＲＣ回路からなる積分回路の時定数は、ＳＷ３の閉じ期間（入力期間）の少なくとも１／５以下の充分短い時定数とし、ＳＷ３が閉じた後に、速やかにコンデンサＣの充電電圧が、発光時増幅信号Ｖ１の電圧に達するようになっている。

入力インピーダンスが高いオペアンプ１５を積分回路の出力側に接続することによって、抵抗Ｒ３に流れるコンデンサＣへの充電電流が出力側へ流れず、また、ＳＷ５が閉じ制御されるまで、コンデンサＣから出力側に放電電流が流れず、コンデンサＣの充電電圧が保たれる。従って、増幅率を１としたオペアンプ１５から、ＳＷ５が閉じるまで、発光時増幅信号Ｖ１の電圧である出力Ｖ２が出力される。図３に示すように、ＳＷ５は、フォトトランジスタ４が受光動作を終えたときに「Ｈ」レベルの制御信号を受けて閉じ、コンデンサＣに蓄積された電荷が全て放電し充電電圧が０Ｖとなった後、「Ｌ」レベルの制御信号を受けて開制御される。

消灯時入力ホールド回路１０の各回路は、上述の発光時入力ホールド回路９と全て同一であり、構成する各回路素子の回路定数も同一としているので、同一の符号を付してその説明を省略する。消灯時入力ホールド回路１０のオペアンプ１５からは、ＳＷ５と同時に開閉するＳＷ６が閉じるまで、消灯時増幅信号Ｖ１の電圧である出力Ｖ３が出力されるが、発光時入力ホールド回路９と消灯時入力ホールド回路１０を同一構成とすることによって、異なるタイミングで入力される発光時増幅信号Ｖ１及び消灯時増幅信号Ｖ１は、同一増幅率（ここでは、１）で、出力Ｖ２及び出力Ｖ３として出力される。尚、フォトトランジスタ４が受光動作を終えたとき（ＳＷ２が開制御）に、ＳＷ３、ＳＷ４を閉じれば、負荷抵抗Ｒ１、Ｒ２を通してコンデンサＣの電荷が放電されるので、ＳＷ３、ＳＷ４をそのように開閉制御する場合には、ＳＷ５、ＳＷ６を必ずしも設ける必要はない。

発光時入力ホールド回路９と消灯時入力ホールド回路１０の出力は、それぞれ差分出力回路を構成するオペアンプ１１の非反転入力端子と反転入力端子に入力される。従って、オペアンプ１１の出力は、発光時増幅信号Ｖ１の電圧である出力Ｖ２と消灯時増幅信号Ｖ１の電圧である出力Ｖ３とのレベルの差分を表す差分信号Ｖ４が出力される。発光時増幅信号Ｖ１の電圧は、赤外光検出信号を受光した際の外乱光を加えた受光量を表し、消灯時増幅信号Ｖ１の電圧は、外乱光のみの受光量を表すので、差分信号Ｖ４のレベルは、フォトトランジスタ４が赤外光検出信号を受光した受光量を表す。

オペアンプ１１の出力は、切換スイッチＳＷ７とともに第２増幅回路１２を構成する非反転増幅回路１６の非反転入力端子に接続している。非反転増幅回路１６の出力は、マイコン５に内蔵のＡ／Ｄコンバータ１７のアナログ入力端子と、切換スイッチＳＷ７の共通端子に接続し、それぞれ異なる抵抗値ｒｆ１、ｒｆ２の帰還抵抗Ｒｆ１、Ｒｆ２が切換スイッチＳＷ７の２個の切換端子に接続することによって、帰還抵抗Ｒｆ１、Ｒｆ２が選択的に接続されるようになっている。更に、帰還抵抗Ｒｆ１、Ｒｆ２の他側は、抵抗値ｒ４の分圧抵抗Ｒ４を介して接地され、帰還抵抗Ｒｆ１、Ｒｆ２と分圧抵抗Ｒ４の接続点が、非反転増幅回路１６の反転入力端子に接続している。

このように構成される非反転増幅回路１６の電圧利得（第２増幅率）は、帰還抵抗Ｒｆ１を接続した場合に、１＋ｒｆ１／ｒ４に、帰還抵抗Ｒｆ２を接続した場合に、１＋ｒｆ２／ｒ４となる。本発明では、第１増幅回路８による第１増幅率に第２増幅回路１２による第２増幅率を乗じた増幅率を一定値とするので、帰還抵抗Ｒｆ１、Ｒｆ２の抵抗値ｒｆ１、ｒｆ２の一方をｒ４と、他方をｒ４の４倍の抵抗値として、第２増幅率を２倍と５倍から選択自在とするが、ここでは、帰還抵抗Ｒｆ１の抵抗値ｒｆ１をｒ４と同抵抗値に、帰還抵抗Ｒｆ２の抵抗値ｒｆ２を、ｒ４の４倍の抵抗値とする。従って、非反転増幅回路１６による第２増幅率、すなわち、オペアンプ１１の出力レベルＶ４に対する非反転増幅回路１６の出力レベルＶ５の電圧利得（Ｖ５／Ｖ４）は、切換スイッチＳＷ７により帰還抵抗Ｒｆ１が接続された場合に、２倍に、帰還抵抗Ｒｆ２が接続された場合に、５倍となる。

マイコン５は、外乱光入力部１３、Ａ／Ｄコンバータ１７の他、一走査周期Ｔ毎にＡ／Ｄコンバータ１７から出力される出力値、その出力値と比較する判定しきい値Ｖ_ＴＨなどを記憶する記憶部１８を備えている。判定しきい値Ｖ_ＴＨは、入力操作を検出する前の初期設定において、発光期間（ｔｏｎ）にＡ／Ｄコンバータ１７から出力される出力値より低い値であって、好ましくは１／２程度の値が光送受信ユニットＵ毎に設定される。初期設定においては入力操作を行わないので、非反転増幅回路１６の出力レベルＶ５をＡ／Ｄ変換したＡ／Ｄコンバータ１７の出力値は、赤外光検出信号を受光したレベルを表し、一方、入力操作によって赤外光検出信号が遮断されれば、Ａ／Ｄコンバータ１７の出力値は、０に近似した値となるので、その変動幅の間に判定しきい値Ｖ_ＴＨを設定する。

消灯時入力ホールド回路１０から出力される消灯時増幅信号Ｖ１の電圧である出力Ｖ３は、外乱光入力部１３にも入力される。マイコン５は、外乱光のみの受光量である外乱光入力部１３に入力される出力Ｖ３のレベルに応じて、切換スイッチＳＷ７と切換スイッチＳＷ８を切り換える制御信号を制御ポート１４から出力し、第１増幅回路８の第１増幅率と第２増幅回路１２の第２増幅率を選択する。すなわち、外乱光による受光量が大きい場合には、フォトトランジスタ４やオペアンプ１５が飽和しないように、第１増幅率を下げて受光感度を下げ、第２増幅率は、第１増幅率と乗じて一定の増幅率となるように調整する。これにより、第１増幅率の変動にかかわらず、非反転増幅回路１６の出力レベルＶ５は、赤外光検出信号の受光の有無による一定範囲で変動し、Ａ／Ｄコンバータ１７の入力電圧範囲内で、高い分解能で出力レベルＶ５をＡ／Ｄ変換できる。

以下、入力操作を検出する通常動作期間中の光学式入力装置１の動作を、図３に沿って説明する。尚、同図において、一走査周期Ｔ内の他の光送受信ユニットＵに関する走査時間は、一点鎖線で省略している。

本実施の形態では、室内照明のみなど比較的外乱光の受光量が少ない環境（Ａ）に光学式入力装置１が置かれている場合を、通常の使用状態と仮定してデフォルト値が設定され、初期状態でＳＷ７、ＳＷ８はそれぞれＲＦ１、Ｒ１側に切り換え接続するように制御されている。外乱光の判別を、通常動作期間中の一走査周期Ｔ毎に行うものとすると、赤外ＬＥＤ３を点灯制御する前に、ＳＷ２とＳＷ４を閉じて、消灯時の光電変換電流を負荷抵抗Ｒ１に流す。

従って、光電変換信号が負荷抵抗Ｒ１の抵抗値ｒ１で５倍に増幅された消灯時増幅信号Ｖ１が、消灯時入力ホールド回路１０から、出力Ｖ３としてマイコン５の外乱光入力部１３と差分出力回路１１の反転入力端子に出力される。マイコン５は、外乱光入力部１３に入力される出力Ｖ３のレベルに応じてＳＷ８を切り換え、赤外光検出信号の受光量を加えた出力Ｖ２が、フォトトランジスタ４やオペアンプ１５を飽和しない範囲内（図４のＶ_Ｒ１以下）で、第１増幅率を最適な増幅率に選択するもので、ここでは、出力Ｖ３のレベルが充分に小さいことから、環境（Ａ）であると判定し（図３の（イ））、ＳＷ７、ＳＷ８をＲＦ１、Ｒ１側へ接続した状態で維持し、ＳＷ４を開き、消灯時入力ホールド回路１０の接続を遮断する。

続いて、フォトトランジスタ４の受光動作を継続したまま、ＳＷ１を閉じ、赤外ＬＥＤ３を発光させるとともに、ＳＷ３を閉じ、発光時入力ホールド回路９を接続する。この発光期間（ｔｏｎ）にフォトトランジスタ４に流れる光電変換電流は、図４に示すように、光検出信号の受光量を表す光電変換電流Ｉ_Ｓに外乱光の受光量を表す光電変換電流Ｉ_Ｎの和となる。この発光時の光電変換信号は、消灯時の光電変換電流と同様に第１増幅率を５倍とする負荷抵抗Ｒ１に流れ、発光時増幅信号Ｖ１として発光時入力ホールド回路９へ入力されるので、発光時入力ホールド回路９の出力Ｖ２は、受光量を表す光電変換電流Ｉ_Ｓと外乱光の受光量を表す光電変換電流Ｉ_Ｎを５倍に増幅した５Ｖ_Ｓと５Ｖ_Ｎの和となる。

差分出力回路１１において、出力Ｖ２のレベルと比較する出力Ｖ３のレベルに共通して含まれる外乱光を表すレベルは、同一の第１増幅率で増幅した５Ｖ_Ｎであるので、差分出力回路１１から出力される差分信号Ｖ４は、図４に示すように、外乱光による影響が除かれ、光検出信号の受光レベルを表す５Ｖ_Ｓとなる。

５Ｖ_Ｓの差分信号Ｖ４は、第２増幅率が２倍に設定された第２増幅回路１２で１０Ｖ_Ｓに増幅され、更にその第２増幅回路１２の出力Ｖ５は、Ａ／Ｄコンバータ１７でＡ／Ｄ変換され、マイコン５によって、記憶部１８に記憶された判定しきい値Ｖ_ＴＨと比較される。判定しきい値Ｖ_ＴＨは、赤外光検出信号をのみを受光した際の第２増幅回路１２の出力レベルの例えば１／２の５Ｖ_Ｓに設定され、出力Ｖ５のレベル１０Ｖ_Ｓが判定しきい値Ｖ_ＴＨ以上であることから、赤外光検出信号が遮断されずに受光されたものとして（図３の（ロ））、光送受信ユニットＵの光路を遮断する入力操作は行われていないと判定する。

入力操作の有無を判定すると、ＳＷ５、ＳＷ６が閉じ制御され、コンデンサＣに蓄積された電荷が放電し、発光時入力ホールド回路９の出力Ｖ２と消灯時入力ホールド回路１の出力Ｖ３は、０Ｖとなり、リセットされる。

外乱光の受光量が少ない環境（Ａ）が変化しない限り、一走査周期Ｔで同様の処理を繰り返す。光送受信ユニットＵの赤外光検出信号の光路が入力操作によって遮断されると、図３に示すように、赤外発光素子３が発光（ＳＷ１の制御信号が「Ｌ」から「Ｈ」に移行）しても、発光時増幅信号Ｖ１は消灯時増幅信号Ｖ１から変化しないので、出力Ｖ２と出力Ｖ３のレベルはほぼ等しく、差分信号Ｖ４のレベルは、ほぼ０Ｖとなる。従って、Ａ／Ｄコンバータ１７でＡ／Ｄ変換される出力Ｖ５のレベルもほぼ０であり、判定しきい値Ｖ_ＴＨ以下となるので、赤外光検出信号が遮断されたものとして（図３の（ハ））、光送受信ユニットＵの光路を遮断する入力操作が行われたと判定する。

一方、野外や直射日光を受け、外乱光の受光量が多い環境（Ｂ）に光学式入力装置１が置かれいている場合には、初期状態でＳＷ８はＲ１側に切り換え接続されているので、ＳＷ２とＳＷ４を閉じた消灯時の光電変換電流は、負荷抵抗Ｒ１を流れる。

負荷抵抗Ｒ１の抵抗値ｒ１で５倍に増幅された消灯時増幅信号Ｖ１は、消灯時入力ホールド回路１０から出力Ｖ３としてマイコン５の外乱光入力部１３に出力され、外乱光の受光レベルが判別される。環境（Ｂ）での出力Ｖ３のレベルは、赤外光検出信号の受光量を加えたときの出力Ｖ２が、フォトトランジスタ４やオペアンプ１５の飽和電圧（図４のＶ_Ｒ１）を越えるものとなるので、環境（Ｂ）であると判定し（図３の（ニ））、ＳＷ７、ＳＷ８をＲＦ２、Ｒ２側へ切り換え接続し、消灯時の光電変換電流を負荷抵抗Ｒ２へ流す。

消灯時増幅信号Ｖ１は、光電変換電流を負荷抵抗Ｒ２の抵抗値ｒ２で２倍に増幅したもので、増幅率が低下することによって、消灯時入力ホールド回路１０の出力Ｖ３もレベルが低下してマイコン５の外乱光入力部１３と差分出力回路１１の反転入力端子に出力される。マイコン５は、外乱光入力部１３に入力されるこの出力Ｖ３のレベルから再び最適な第１増幅率を選択するが、既にＳＷ７、ＳＷ８を切り換え接続しているので、そのＲＦ２、Ｒ２側へ接続した状態で、ＳＷ４を開き、消灯時入力ホールド回路１０の接続を遮断する。

続いて、フォトトランジスタ４の受光動作を継続したまま、ＳＷ１とＳＷ３を閉じ、発光時の光電変換信号を２倍に増幅する負荷抵抗Ｒ２へ流す。環境（Ｂ）で、発光期間（ｔｏｎ）にフォトトランジスタ４に流れる光電変換電流は、図４に示すように、光検出信号の受光量を表す光電変換電流Ｉ_Ｓに外乱光の多大な受光量を表す光電変換電流Ｉ_Ｎの和となる。この発光時の光電変換信号は、第１増幅率を２倍とする負荷抵抗Ｒ２に流れるので、発光時入力ホールド回路９の出力Ｖ２は、受光量を表す光電変換電流Ｉ_Ｓと外乱光の受光量を表す光電変換電流Ｉ_Ｎを２倍に増幅した２Ｖ_Ｓと２Ｖ_Ｎの和となるが、増幅率を２倍として受光感度を落とすことにより、飽和電圧Ｖ_Ｒ１以下となる。

差分出力回路１１において、出力Ｖ２のレベルと比較する出力Ｖ３のレベルに共通して含まれる外乱光を表すレベルは、同一の第１増幅率で増幅した２Ｖ_Ｎであるので、差分出力回路１１から出力される差分信号Ｖ４は、図４に示すように、外乱光による影響が除かれ、光検出信号の受光レベルを表す２Ｖ_Ｓとなる。

２Ｖ_Ｓの差分信号Ｖ４は、第２増幅率が５倍に設定された第２増幅回路１２で１０Ｖ_Ｓに増幅され、更にその第２増幅回路１２の出力Ｖ５は、Ａ／Ｄコンバータ１７でＡ／Ｄ変換され、マイコン５によって、記憶部１８に記憶された判定しきい値Ｖ_ＴＨと比較される。この出力Ｖ５のレベル１０Ｖ_Ｓは、判定しきい値Ｖ_ＴＨ以上であることから、赤外光検出信号が遮断されずに受光されたものとして（図３の（ホ））、光送受信ユニットＵの光路を遮断する入力操作は行われていないと判定する。

このように、赤外光検出信号の受光量と、第１増幅率に第２増幅率を乗じた増幅率が一定であるので、Ａ／Ｄコンバータ１７に入力される出力Ｖ５は、外乱光の受光量にかかわらず、０と１０Ｖ_Ｓの一定範囲で変動するので、第１増幅率に第２増幅率を乗じた増幅率を調整し、Ａ／Ｄコンバータ１７のリファレンス電圧_Ｒ２に合わせて最適な入力電圧範囲とすることにより、高い分解能で出力レベルＶ５を判定しきい値Ｖ_ＴＨと比較できる。

また、受光感度を調整するために、第１増幅率を変更しても、Ａ／Ｄコンバータ１７に入力される出力Ｖ５のレベルは、変化しないので、判定しきい値Ｖ_ＴＨを変更することなく入力操作の判定ができる。

入力操作の有無を判定すると、環境（Ａ）での設定と同様に、ＳＷ５、ＳＷ６が閉じ制御され、コンデンサＣに蓄積された電荷が放電し、発光時入力ホールド回路９の出力Ｖ２と消灯時入力ホールド回路１の出力Ｖ３は、０Ｖとなり、リセットされる。

外乱光の受光量が多い環境（Ｂ）が変化しない限り、一走査周期Ｔで同様の処理を繰り返す。光送受信ユニットＵの赤外光検出信号の光路が入力操作によって遮断されると、図３に示すように、赤外発光素子３が発光しても、発光時増幅信号Ｖ１は消灯時増幅信号Ｖ１から変化しないので、Ａ／Ｄコンバータ１７でＡ／Ｄ変換される出力Ｖ５のレベルもほぼ０であり、判定しきい値Ｖ_ＴＨ以下となるこから、赤外光検出信号が遮断されたものとして（図３の（ヘ））、光送受信ユニットＵの光路を遮断する入力操作が行われたと判定する。

上述の第１実施の形態では、消灯時受光量（Ｌｏff）の受光量、すなわち外乱光による受光量を光送受信ユニットＵの一走査周期Ｔ毎に検出しているが、入力操作を検出する前の初期設定の段階で一度検出してもよく、その検出タイミング及び回数は、任意である。

また、受光素子としてフォトトランジスタ４を用いているが、フォトダイオードを用いても良く、また、フォトダイオードを用いる場合には、フォトダイオードに流れる微弱な光電変換電流を増幅する電流−電圧変換回路を第１増幅回路として、電流−電圧変換回路の異なる増幅率から第１増幅率を選択するようにしてもよい。

また、上述の第１実施の形態では、第１増幅率を２種類の増幅率から選択可能としたが、３種類以上の任意の増幅率から選択してもよく、また、いずれかの増幅率は、必ずしも１以上の数値である必要はない。

更に、第１実施の形態において、第１増幅率の調整は各周期毎でなくても、初期設定や、一定期間連続して差分信号に所定の差が得られず、入力検出エラーが発生する場合に、調整するようにしてもよい

本発明の第２実施の形態は、消灯時増幅信号の出力Ｖ３を入力し、外乱光の受光量を監視可能な外乱光入力部１３を利用して、受光素子４等が飽和する恐れがある外乱光を受けた際に、入力判定手段であるマイコン５が入力操作の判定を停止し、入力判定エラーの発生を防止する光学式入力装置であり、マイコン５の動作を除き、第１実施の形態と共通する光学式入力装置１で実施可能であるので、図２を用いて説明する。

マイコン５は、外乱光入力部１３に入力される消灯時増幅信号Ｖ１の出力Ｖ３のレベルを、所定の受光しきい値と比較するように動作している。赤外ＬＥＤ３を発光制御した際に、赤外光検出信号による受光量を加えてフォトトランジスタ４が受光しても、フォトトランジスタ４やオペアンプ１５が飽和する恐れのない上限から任意に設定されるもので、受光しきい値を越える消灯時増幅信号Ｖ１の出力Ｖ３が、外乱光入力部１３に入力されたときには、その直後に第２増幅回路１２からＡ／Ｄコンバータ１７に入力される出力Ｖ５を無視し、判定しきい値Ｖ_ＴＨと比較しないように動作する。

すなわち、マイコン５が、通常動作モードで動作する間、消灯時増幅信号Ｖ１の出力Ｖ３が受光しきい値を越えるレベルである場合には、その消灯時増幅信号Ｖ１が入力される消灯期間（ｔｏｆｆ）の直後の発光期間（ｔｏｎ）に第１増幅回路８から出力される発光時増幅信号Ｖ１の出力Ｖ２若しくはオペアンプ１５の差分信号は、フォトトランジスタ４やオペアンプ１５が飽和レベルに達した値となっている恐れがあり、マイコン５は、この差分信号から得られる出力Ｖ５を無視することによって、誤った入力判定が防止される。

また、交流電源の周期でちらつきが発生する室内照明灯などで、周期的に外乱光による受光量が増大し、入力操作の判定に影響を与える可能性がある場合には、予め通常動作モードで動作させる前に、一定期間、消灯期間（ｔｏｆｆ）でのみフォトトランジスタ４を受光制御し、外乱光入力部１３に入力される消灯時増幅信号Ｖ１の出力Ｖ３のレベル変化から、外乱光増加周期を検出し、通常動作モードでは、その外乱光増加期間を避けて、入力操作を判定することもできる。

この第２実施の形態は、マイコン５の動作プログラムを変更するだけで、第１の実施の形態に係る光学式入力装置１と同一構成で実現できるので、第１の実施の形態と組み合わせ、外乱光の変化に応じて、フォトトランジスタ４の受光感度を調整したり、一時的に入力操作の判定を中止したり、任意の組合せで光学式入力装置１を動作させることができる。例えば、室内カーテンがひかれ、室外光が入力操作領域Ｅにあたり始めると、入力操作領域Ｅの一方から他方に配置された光送受信ユニットＵの消灯時増幅信号Ｖ１の出力Ｖ３が順に増加することから、マイコン５は、外乱光の受光量が増加すると予測し、予め受光素子４等が飽和しないように第１増幅回路８の第１増幅率を下げるように制御することが可能となる。

本発明の第３実施の形態は、光送受信ユニットＵの受光素子４毎に消灯時増幅信号の出力Ｖ３を入力し、外乱光の受光量を監視可能な外乱光入力部１３を利用して、発光素子３から赤外光検出信号を発光しない待機モードで、非接触で入力操作を検出する光学式入力装置であり、マイコン５の動作を除き、第１実施の形態と共通する光学式入力装置１で実施可能であるので、図１、図２に示す光学式入力装置１及び図５を用いて説明する。

マイコン５は、光学式入力装置１の起動直後、若しくは入力操作を検出しない所定期間後に、入力操作を待機する待機モードで動作する。この待機モードでは、図５に示すように、各光送受信ユニットＵ（Ｕ_１、Ｕ_２、Ｕ_３、Ｕ_４・・）の赤外ＬＥＤ３を発光制御せず、消灯期間（ｔｏｆｆ）に、各フォトトランジスタ４の受光期間が重ならないように、各フォトトランジスタ４を所定周期Ｔ_１で受光走査している。尚、受光期間が重ならないように各フォトトランジスタ４を受光走査するのは、Ｐｄマルチプレクサ７を介して共通の消灯時入力ホールド回路１０、外乱光入力部１３を用いるからであるが、フォトトランジスタ４毎にこれらの回路を設ける場合には、同時に受光制御させてもよい。

外乱光入力部１３には、各光送受信ユニットＵ（Ｕ_１、Ｕ_２、Ｕ_３、Ｕ_４・・）の赤外ＬＥＤ３毎の外乱光の受光量を表す消灯時増幅信号の出力Ｖ３が入力され、入力操作領域Ｅへの入力操作が行われない場合には、各赤外ＬＥＤ３の受光制御期間中に、ほぼ同一レベルの出力Ｖ３が入力される。

一方、図１に示すように、入力操作を行う場合には、指、ペンなどの操作体３０を入力操作領域Ｅの上方に接近させるので、外乱光の一部がこの操作体３０によって遮断され、入力操作領域Ｅの周囲に配置された一部のフォトトランジスタ４（例えば同図に示す光送受信ユニットＵ_３、Ｕ_４のフォトトランジスタ４）の受光量が低下する。その結果、その入力操作が行われた際の周期Ｔ_１では、操作体３０による影響を受けないフォトトランジスタ４の出力Ｖ３（図５の（ト））に対して、操作体３０により外乱光が遮断される少なくとも２以上のフォトトランジスタ４の出力Ｖ３（図５の（チ））が低下する。

マイコン５は、待機モードの動作期間中の同一周期Ｔ_１に外乱光入力部１３に入力される複数の消灯時増幅信号の出力Ｖ３のレベルが低下した際に、入力操作領域Ｅの一部が入力操作を行う操作体３０で覆われ、入力操作があったものとして、各赤外ＬＥＤ３を発光走査して入力操作位置を検出する通常動作モードに移行する。

この第３の実施の形態によれば、待機モードで各赤外ＬＥＤ３を発光制御しないので、入力操作の待機中の電力消費量を低下させることができる。従来の光学式入力装置では、複数の発光素子を発光走査して入力操作位置を検出するので、入力操作が行われない待機中であっても、複数の発光素子の発光制御を継続させるか、別にタッチパネル、メカニカルスイッチなど入力操作を物理的に検出する入力検出手段を設ける必要があったが、本実施の形態によれば、入力操作位置を検出する光学式検出手段の一部を利用して、待機モードで、発光素子を発光させずに、かつ非接触で入力操作を検出できる。

この第３実施の形態において、光学式入力装置１は、入力操作領域Ｅが図１に示す向きで使用されることを前提として、各光送受信ユニットＵのフォトトランジスタ４を、入力操作を行なう操作体３０によって外乱光が遮断されやすい入力操作領域Ｅの下辺及び右辺に沿って配置しているが、光送受信ユニットＵで対となる赤外ＬＥＤ３に対向させる各フォトトランジスタ４を、入力操作領域Ｅ全周に分散配置すれば、入力操作の方向性を考慮せずに、確実に入力操作を検出できる。

この第３実施の形態についても、マイコン５の動作プログラムを変更するだけで、第１、第２の実施の形態に係る光学式入力装置１と同一構成で実現できるので、第１、第２の実施の形態と任意の組み合わせで光学式入力装置１を動作させることができる。

本発明は、光検出信号の遮断から非接触で入力操作を検出する光学式入力装置に適している。

本発明の第１実施の形態に係る光学式入力装置１の概略を示すブロック図である。 一対の赤外ＬＥＤ３とフォトトランジスタ４からなる光送受信ユニットＵに関する光学式入力装置１の回路図である。 光送受信ユニットＵの発光及び受光制御した際の図２の各部の動作波形を示す波形図である。 第１増幅回路８と第２増幅回路１２の増幅作用を説明する説明図である。 第３実施の形態に係る光学式入力装置１の各部の動作波形を示す波形図である。 従来の光学式入力装置１００を示す回路図である。

符号の説明

１ 光学式入力装置
３ 発光素子（赤外ＬＥＤ）
４ 受光素子（フォトトランジスタ）
５ 発光制御手段、受光制御手段、外乱光判別手段、入力判定手段、感度調整手段（マイクロコントローラ）
８ 増幅手段、（第１増幅回路）
１１ 差分出力手段（オペアンプ）
１２ 第２増幅回路
１７ Ａ／Ｄコンバータ
Ｅ 入力操作領域
Ｕ 光送受信ユニット

Claims (5)

1. 光検出信号を発光する発光手段と、入力操作領域を隔て、前記発光手段に対向して配置され、前記光検出信号を受光可能な受光手段とを対として有する光送受信ユニットと、
   前記発光手段が前記光検出信号を発光する発光期間（ｔｏｎ）と、前記光検出信号を発光しない消灯期間（ｔｏｆｆ）の各期間に、対となる前記受光手段に受光量を検出させ、検出した受光量を表す光電変換信号を前記受光手段から出力させる受光制御手段と、
   前記発光期間（ｔｏｎ）に検出した発光時受光量（Ｌｏｎ（ｃ））を表す光電変換信号と、前記消灯期間（ｔｏｆｆ）に検出した消灯時受光量（Ｌｏｆｆ）を表す光電変換信号とを、同一の増幅率で増幅し、それぞれ発光時増幅信号と消灯時増幅信号とする増幅手段と、
   前記増幅手段の増幅率を可変し、前記受光手段の受光感度を調整する感度調整手段と、
   前記増幅手段から、消灯時増幅信号を入力する外乱光判別手段と、
   前記発光時増幅信号のレベルと前記消灯時増幅信号のレベルの差分を表す差分信号を出力する差分出力手段と、
   前記差分信号の出力レベルから、前記発光期間（ｔｏｎ）での前記受光手段による光検出信号の受光の有無を検出し、前記入力操作領域への入力操作状態を判定する入力判定手段と、を備えた光学式入力装置であって、
   感度調整手段は、前記発光期間（ｔｏｎ）に前記受光手段から出力される光電変換信号によって前記受光手段若しくは差分出力手段が飽和しないように、外乱光判別手段に入力される消灯時増幅信号のレベルに応じて、増幅手段の増幅率を可変することを特徴とする光学式入力装置。
2. 前記入力判定手段は、前記外乱光判別手段に入力される前記消灯時増幅信号のレベルが所定の受光しきい値を越えた場合に、所定期間、前記入力操作領域への入力操作状態の判定を停止することを特徴とする請求項１に記載の光学式入力装置。
3. 前記増幅手段は、前記受光手段と定電圧端子間に直列に接続され、前記受光手段から出力される光電変換信号の電流に抵抗値を乗じた電圧の信号を増幅信号として、前記受光手段との接続側一端から出力する負荷抵抗であり、
   前記感度調整手段は、前記受光手段に接続するコモン端子と、互いに異なる抵抗値からなる２以上の負荷抵抗の各接続側一端に接続する複数の切換端子とを有する切換スイッチで構成し、
   前記切換スイッチで、前記受光手段に接続するいずれかの負荷抵抗の抵抗値によって、前記増幅率を可変することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学式入力装置。
4. 光検出信号を発光する発光手段と、入力操作領域を隔て、前記発光手段に対向して配置され、前記光検出信号を受光可能な受光手段とを対として有する光送受信ユニットと、
   前記発光手段が前記光検出信号を発光する発光期間（ｔｏｎ）と、前記光検出信号を発光しない消灯期間（ｔｏｆｆ）の各期間に、対となる前記受光手段に受光量を検出させ、検出した受光量を表す光電変換信号を前記受光手段から出力させる受光制御手段と、
   前記発光期間（ｔｏｎ）に検出した発光時受光量（Ｌｏｎ（ｃ））を表す光電変換信号と、前記消灯期間（ｔｏｆｆ）に検出した消灯時受光量（Ｌｏｆｆ）を表す光電変換信号とを、同一の増幅率で増幅し、それぞれ発光時増幅信号と消灯時増幅信号とする増幅手段と、
   前記増幅手段から、消灯時増幅信号を入力する外乱光判別手段と、
   前記発光時増幅信号のレベルと前記消灯時増幅信号のレベルの差分を表す差分信号を出力する差分出力手段と、
   前記差分信号の出力レベルから、前記発光期間（ｔｏｎ）での前記受光手段による光検出信号の受光の有無を検出し、前記入力操作領域への入力操作状態を判定する入力判定手段と、を備えた光学式入力装置であって、
   入力判定手段は、外乱光判別手段に入力される前記消灯時増幅信号のレベルが所定の受光しきい値を越えた場合に、所定期間、前記入力操作領域への入力操作状態の判定を停止することを特徴とする光学式入力装置。
5. 光検出信号を発光する発光手段と、前記光検出信号を受光可能な受光手段とを対として光送受信ユニットが構成され、各光送受信ユニットの前記発光手段が、入力操作領域の直交するＸ、Ｙ方向に沿って所定間隔で配設され、対となる前記受光手段が入力操作領域を隔て、前記発光手段に対向して配置される複数の光送受信ユニットと、
   前記各光送受信ユニットの発光手段を所定周期で発光走査し、入力操作領域に前記光検出信号による光マトリックスを形成する発光制御手段と、
   前記発光手段が前記光検出信号を発光する発光期間（ｔｏｎ）と、前記光検出信号を発光しない消灯期間（ｔｏｆｆ）の各期間に、対となる前記受光手段に受光量を検出させ、検出した受光量を表す光電変換信号を前記受光手段から出力させる受光制御手段と、
   前記発光期間（ｔｏｎ）に検出した発光時受光量（Ｌｏｎ（ｃ））を表す光電変換信号と、前記消灯期間（ｔｏｆｆ）に検出した消灯時受光量（Ｌｏｆｆ）を表す光電変換信号とを、同一の増幅率で増幅し、それぞれ発光時増幅信号と消灯時増幅信号とする増幅手段と、
   前記増幅手段から、消灯時増幅信号を入力する外乱光判別手段と、
   前記発光時増幅信号のレベルと前記消灯時増幅信号のレベルの差分を表す差分信号を出力する差分出力手段と、
   前記差分信号の出力レベルから、前記発光期間（ｔｏｎ）での前記受光手段による光検出信号の受光の有無を検出し、前記入力操作領域への入力操作状態を判定する入力判定手段と、を備えた光学式入力装置であって、
   前記入力操作領域への入力操作を待機する待機モードで、前記発光制御手段は、前記各発光手段への発光走査を休止するとともに、前記受光制御手段は、前記各受光手段を所定周期で受光走査し、前記各受光手段から消灯時受光量（Ｌｏｆｆ）を表す光電変換信号を出力させ、
   同一受光走査周期内に、少なくとも隣り合う２以上の前記受光手段について、前記外乱光判別手段に入力された消灯時増幅信号のレベルが低下したときに、待機モードから通常動作モードに移行し、
   通常動作モードで、発光制御手段は、前記各発光手段を発光走査するとともに、前記受光制御手段は、前記各受光手段を対となる発光手段の発光期間（ｔｏｎ）と消灯期間（ｔｏｆｆ）に同期させて受光走査し、
   入力判定手段が前記入力操作領域への入力操作状態を判定することを特徴とする光学式入力装置。

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