JP2678231B2 - 光遮断検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光タッチパネル等の複数の発光器および検出
装置（受光器）対を使用する光遮断検出装置に関する。 本発明は基本的には赤外線信号の検知に用いられる
が、可視光信号の検知にも使用することが出来る。本発
明の好適な実施例によると、周囲光状態、例えば周囲光
によるフォトトランジスタの励起などを補償しながら、
変化する赤外線LEDパルスを検知する手段が提供され
る。本発明は単一の発光器−フォトトランジスタ対にも
適用可能であるが、特に多数の対を有するシステムに好
適に用いられる。本発明の好適な実施例は発光器−フォ
トトランジスタ対が高速で走査されるシステムに適用す
るのが適切である。本発明は機械周辺の安全を確保する
ための不可視光バリアまたは侵入防止バリアのような応
用例に用いるのも適切であるが、特にビデオディスプレ
イを介してデータを入力するのに使用するタッチ式入力
システムに用いるのが適切であり、以下その場合が例示
されている。 ビデオディスプレイの使用に付随する問題として、マ
ンマシンインターフェースの問題がある。従来、被表示
情報やカーソルの制御はキーボードを介して行なってい
た。ところが最近、オペレータがビデオディスプレイと
直接対話出来る装置がいくつか出現してきている。その
中にはライトペン、机上用マウスコントローラ、または
スイッチマトリックスあるいはオプトエレクトロニクマ
トリックスのようなタッチ式入力装置がある。ビデオデ
ィスプレイに隣接して配置されるスイッチ型の上敷装置
は一般に安価に出来るが、特に使用頻度が高い場合には
接触摩耗および観察者に供されるビデオ情報の歪みが発
生する。 オプトマトリックス式の入力装置の場合には一般に赤外
線領域の光を利用しているので、光ビームによるスイッ
チマトリックスは観察者にとって見えないため、観察者
に供されるビデオ情報に歪みを発生せずまた使用頻度が
高くても摩耗することがない。オプトマトリックスフレ
ームを使用する装置は米国特許第4,267,443号（「光電
入力装置」，発行日1981年５月12日，特許権者：キャロ
ル他）、および米国特許第3,764,813号（「座標検出シ
ステム」，発行日1973年10月９日，特許権者：クレメン
ト他）に開示されている。これらの装置はオプトマトリ
ックス装置に特有の問題、すなわちフレーム解像度を使
用素子の対応する増加を伴うことなく増加させること、
周囲光の補償を行なうこと、そして発光器／検出器駆動
および検出回路網の最適化を行なうことを目的としてい
る。 これらのシステムはしかしながら依然として欠点を有
している。まず、使用部材が大きいのでコストが高い。
あるシステムは反射すなわちグレアの補償不能により、
スタイラスの当接が記録されていない欠点を有する。グ
レアの問題は一般に、発光器がフレームまたは保持枠の
コーナーに隣接して設けられている時に、発光器よりの
光が隣接する表面から反射され検出器により検出される
際に発生する。従ってビデオディスプレイに導入された
スタイラスは検出器が受光した光の大部分を阻止する
が、反射光量は十分に強くて検出器およびそれに接続さ
れた回路がスタイラスの当接を認識しなくなる。 周囲光は重要な問題も発生する。周囲光補償のための
いくつかのシステムが提案されており、そのうち若干の
ものはタッチ式入力システムに組込まれて販売もされて
いる。例えば前述の米国特許第4,267,443号は周囲光サ
ンプリングシステムを開示している。また米国特許第3,
970,846号はフォトトランジスタのベースにおけるバイ
アス電圧に影響を与える周囲光補償帰還ループを開示し
ている。本件と同一出願人による米国特許出願第621,58
5号（出願日1984年６月18日）はディジタル方式による
周囲光サンプリングを開示している。発光器および検出
器をアドレスしかつ検知するのに必要な素子の数を最小
限にした装置が望ましい。更に、周囲光ならびに発光器
の出力および検出器の感度の変化を変動時に補償する装
置とすることが望ましい。同時に発光器および検出器を
アドレスしそして検知する部材を最小限とした装置とす
べきである。本発明はかかる構成を教示するものであ
る。 本発明の主たる目的は、４個の側部（４辺）を有する
フレームと、該フレームの２つの隣接する側部に設けた
発光器と、該発光器と対向しフレームの２つの側部に設
けた光検出器と、該検出器が受光した光を順次サンプリ
ングするサンプリング装置より成る実際的なタッチ式入
力装置を提供することである。このシステムは更に、信
号検出利得を十分に大きくしてパルス信号を確実かつ容
易に検出しつつ、フォトトランジスタよりの周囲光が発
生した信号の出力レベルをフォトトランジスタ動作範囲
内に保持するための周囲光補償回路網を含んでいる。 本発明の目的は、フォトトランジスタバイアス用回路
網における周囲光の影響を無効とする、コスト的に有利
な補償技術を達成することである。周囲光はバイアス回
路網の動作レベルを変え、システムのダイナミックレン
ジを制限する。周囲光の関数としてのこの動作レベルの
変化はフォトトランジスタが動作可能な利得を制限す
る。補償により、この利得は相当上昇する。また、ダイ
ナミック動作レンジが増加し、より広い動作範囲の装置
が使用可能となる。可変光源と共に使用するフォトトラ
ンジスタ検出回路およびシステムが周囲光状態、特に周
囲光入射によるフォトトランジスタの励起を補償するの
に用いられる。電流がフォトトランジスタのコレクタに
流入して分圧器の２つの抵抗の間の接続点における基準
電圧を調整して、周囲光信号を補償する。基準電圧点よ
り流出するフォトトランジスタにおける電流は、フォト
トランジスタのベースに入射する光のみの関数である。
従って変化する流入電流が接続点における基準電圧を調
整する。本発明の好適な実施例において、基準電圧は公
称一定動作レベルに調整される。この調整によりフォト
トランジスタ動作範囲のより大きな割合が変化する出力
信号の強さの検出に役立つことになる。従って、出力信
号の利得は公称ダイナミックレンジが維持されるのでよ
り大きくなることが出来る。注入電流は、周囲光励起に
よる信号が閉ループにおいて変動的に補償される帰還に
より調整される。この周囲光信号はLED励起時間の間保
持されて、通常の信号変動を許容する。周囲光信号は、
電流補償源を調整するのに使用され、該電流補償源は基
準電圧点に電流を注入する。周囲光補償回路網は特に、
光学式タッチ式入力システムのような、その周辺に位置
する発光器および検出器によって形成される被照射フィ
ールドが指のような不透明な部材またはスタイラスによ
って遮断される装置に使用するのが適切である。 以下本発明をビデオディスプレイに使用するタッチ式
入力システムに関して説明する。周囲光補償システムは
ディジタル式タッチ式入力システムと共に使用するもの
を例示する。しかしながら、本発明の他のタイプのタッ
チ式入力システム、更には個々の発光器−検出器対また
は複数の順次動作発光器−検出器対を使用する他のシス
テムにおける周囲光状態を補償するのに使用することが
出来る。 第１図において、ビデオディスプレイを利用するオペ
レータを示す。CRT10は表示領域12を有し、キーパッド
またはキーボード14と一般的に相互作用を行なうオペレ
ータ16はスタイラス18を使用することにより表示領域12
と対話を行なうが、本発明の好適な実施例によるとスタ
イラス18はオペレータの指により構成され、よって真に
タッチ式の対話システムを提供している。しかしながら
他のタイプのスライラスまたは不透明部材、例えば鉛
筆，ポインタ等もタッチ式対話システムにおいて使用す
ることが出来る。キーパッド14を図示してはいるが、タ
ッチ式入力システムによりキーパッド14の使用は最少限
となり、オペレータ16はスタイラス18を用いてCRTと直
接対話する。タッチ式入力領域はオペレータ16が観察し
ている表示領域12の部分によって概ね形成される。本発
明の好適な実施例によると、このタッチ式入力領域また
は被照射フィールドは、該フィールドの周辺に設けた発
光器および検出器を使用している。発光器はディスプレ
イの下部および一側部に配置され、検出器はディスプレ
イの上部および他側部に配置され、赤外光線ビームマト
リックスまたは被照射フィールド（第６図に詳細に示
す）を構成する。光線ビームは、CRT10の周縁を囲んで
おりかつ好適な実施例によると可視光には不透明で赤外
光には透明な保持枠20を通過する。但し、異なる光透過
特性を有する他のタイプの保持枠を使用しても良い。 第２図，第３図および第４図は、本発明の周囲光補償
システムを使用可能なタッチ式入力装置を示す。 主な素子の参照符号および機能のリストを下の表１に
示す。 素子参照符号 素子タイプ U1 シュミッドトリガー インバータ U2 マイクロプロセッサ U3,U4,U8,U9 ダーリントン接続 トランジスタアレイ U5,U6,U7 BCD−10進デコーダ CRO−CR47 発光ダイオード （発光器） QO−Q47 フォトトランジスタ （検出器） AC 周囲光補償回路網 マイクロプロセッサU2は８ビットマイクロコンピュー
タであって、RAM,ROMならびにオンボードアナログ−デ
ィジタル変換器を有し、好ましくは米国テキサス州オー
スチンのモトローラ社のような会社が製造する6800系の
マイクロコンピュータのHMOS装置を用いる。しかしなが
ら、CMOSまたはNMOSの様な他の型式のマイクロコンピュ
ータであって、異なるビット−バイト型式、例えば16ま
たは32ビットバイトを採用する他の会社により製造され
たものであっても良い。好適な6800系アーキテクチャの
ようなこれらのマシンは周知であり、当業者にとっては
容易に入手可能である。 本発明の装置設計によるとマイクロプロセッサU2に付
属するすべての特徴およびピンを使用する必要はなく、
以下使用されるものだけを図示説明する。Vcc端子は好
適な実施例においては＋５ボルトのVcc電源に接続さ
れ、かつ端子Vppに接続されている。Vccはマイクロプロ
セッサU2の大部分に動作電力を供給し、Vppはマイクロ
プロセッサU2のROMのためのプログラム用電圧を供給す
る。好適な実施例においてROMはEPROMにより構成する。
マスク型式のマイクロプロセッサを使用しても良く、そ
の場合にはVppは不要である。 XTALおよびEXTAL端子間には水晶発振器が接続してあ
り、EXTAL端子にはコンデンサC2の一方の端子が接続し
てありその他方の端子は接地（Gnd）してある。この構
成により全システムに安定したクロック周波数が供給さ
れる。RESET端子はコンデンサC3の一方の端子に接続さ
れ、その他方の端子はGndに接続されている。I/Oピンで
ある端子PC5はインタラプト端子INTおよび装置U1のイン
バータＡの出力側に接続されている。装置U1はシュミト
トリガ−インバータであり、インバータＡの入力は抵抗
R1の一方の端子と、抵抗R2の一方の端子と、上位（ホス
ト）コンピュータ（非図示）のクロック端子とに接続さ
れている。R1,R2の他の端子は各々VccおよびGndに接続
されている。I/OピンPC7は装置U1のインバータＢの入力
側に接続されており、インバータＢの出力側は上位コン
ピュータに接続されているデータ出力端子に接続されて
いる。第２図に示したコンデンサC1はフィルタコンデン
サであり、その一方の端子は＋５すなわちVccバスに他
方の端子はGndバスに接続されている。ポートＢ I/Oラ
インPB0,PB1,PB2,PB3,PB4,PB5およびPB7は第３図および
第４図により詳しく図示したように本発明による発光器
および検出器のためのコード化およびデコード化を行な
う。ピンVrhはマイクロプロセッサU2のアナログ−ディ
ジタル変換部分のための高基準電圧を供給するための高
基準電圧ピンである。ピンVr1はマイクロプロセッサU2
のアナログ−ディジタル変換部分のための低基準電圧を
供給するための低基準電圧ピンである。ポートＣ端子PC
0,PC1,PC2,PC3およびPC4は第３図および第４図により詳
細に示したように発光器／検出器アレイのコード化およ
びデコード化端子と接続するI/Oピンである。アナログ
−ディジタル端子AN0,AN1,AN2およびAN3は第４図により
詳細に示したように検出回路に接続されている。マイク
ロプロセッサU2のVss端子はGndに接続され、I/OピンPD6
は抵抗R11の一方の端子に接続されている。抵抗R11の他
方の端子はVccに接続されている。 第３図は本発明の発光器部分を示す。ラインPB0は抵
抗回路網R3の抵抗Ｂの一端子と、素子U3すなわちダーリ
ントン接続トランジスタアレイの一方のダーリントン接
続トランジスタ対のベースとに接続され、I/OラインPB1
は抵抗回路網R3の抵抗Ａに接続され、該抵抗は素子U3の
他のダーリントン接続トランジスタ対のベースに接続さ
れている。同様にI/OラインPB2,PB3,PB4およびPB5は抵
抗回路網R3の抵抗F,E,DおよびＣに各々接続され、更に
素子U4すなわちダーリントン接続トランジスタアレイの
ダーリントン接続トランジスタ対のベースに接続されて
いる。抵抗回路網R3の抵抗A,B,C,D,EおよびＦの残りの
端子は共通にVccに接続されている。I/OラインPB7は素
子U5すなわちBCD−10進デコーダの入力Ｄに接続され、
（第３図には図示していない素子U1により供給される）
端子PC0,PC1,PC2はデコーダU5の入力A,B,Cに各々接続さ
れている。I/OラインPB0に接続されたダーリントン接続
トランジスタ対のコレクタ端子は抵抗R10の一方の端子
に接続され、I/OラインPB1に接続されたダーリントン接
続トランジスタ対のコレクタ端子は抵抗R9の一方の端子
に接続されている。抵抗R9およびR10の他の端子は相互
に接続され、かつ抵抗R8およびコンデンサC4の一方の端
子ならびにダーリントン接続トランジスタアレイU4の４
個のコレクタ端子のすべてに接続されている。コンデン
サC4の他の端子はGndに接続されている。 ダーリントン接続トランジスタアレイU3およびU4のSU
B端子はGndに接続されている。素子U3のI/OラインPB0と
接続されたダーリントン接続トランジスタ対のエミッタ
端子は発光器CR0,CR1,CR2,CR3,CR4,CR5,CR6およびCR7の
陽極に接続され、I/OラインPB1に接続された素子U3のエ
ミッタは同様に発光器CR8ないしCR15の陽極に接続され
ている。 本発明の好適な実施例における発光器は赤外線発光ダ
イオードであるが、他のタイプの発光器を使用すること
も本発明の範囲内である。更にダーリントン接続トラン
ジスタアレイU4のI/OラインPB2,PB3,PB4およびPB5に接
続されたエミッタ端子は発光器CR16−23,CR24−31,CR32
−39およびCR40−47の陽極に各々接続されている。発光
器CR7,CR15,CR23,CR31,CR39およびCR47の陰極は、ダー
リントン接続トランジスタアレイである素子U8の１つの
ダーリントン接続トランジスタ対のコレクタ端子に接続
され、このダーリントン接続トランジスタ対のベース端
子はBCD−10進デコーダU5の端子７に接続されている。
同様に、発光器CR6,CR14,CR22,CR30,CR38およびCR46の
陰極は素子U8の他のダーリントン接続トランジスタ対の
コレクタ端子に接続され、このダーリントン接続トラン
ジスタ対のベース端子はデコーダ出力ピン６に接続され
ている。発光器CR5,CR13,CR21,CR29,CR37およびCR45の
陰極は素子U8の別のダーリントン接続トランジスタ対の
コレクタ端子に接続され、このダーリントン接続トラン
ジスタ対のベース端子はデコーダU5のピン５に接続され
ている。発光器CR4,CR12,CR20,CR28,CR36およびCR44の
陰極は素子U8の更に他のダーリントン接続トランジスタ
対のコレクタ端子に接続され、このダーリントン接続ト
ランジスタ対のベース端子はデコーダU5のピン４に接続
されている。発光器CR3,CR11,CR19,CR27,CR35およびCR4
3の陰極は他のダーリントン接続トランジスタアレイで
ある素子U9の１つのダーリントン接続トランジスタ対の
コレクタ端子に接続され、そのダーリントン接続トラン
ジスタ対のベース端子はデコーダU5の出力ピン３に接続
されている。同様に、発光器CR2,CR10,CR18,CR26,CR34
およびCR42の陰極は素子U9の他のダーリントン接続トラ
ンジスタ対コレクタ端子に接続され、このダーリントン
接続トランジスタ対のベース端子はデコーダU5の端子２
に接続されている。発光器CR1,CR9,CR17,CR25,CR33およ
びCR41の陰極は素子U9の別のダーリントン接続トランジ
スタ対のコレクタ端子に接続され、このダーリントン接
続トランジスタ対のベース端子はデコーダU5の出力ピン
１に接続されている。発光器CR0,CR8,CR16,CR24,CR32お
よびCR40の陰極は素子U9の更に他のダーリントン接続ト
ランジスタ対のコレクタ端子に接続され、このダーリン
トン接続トランジスタ対のベース端子はデコーダU5の出
力ピンＯに接続されている。素子U8のエミッタ端子およ
びSUB端子は共通にGndに接続され、同じく素子U9のエミ
ッタ端子およびSUB端子は共通にGndに接続されている。
従って素子U3,U4,U8およびU9を使用することにより、発
光器CR0ないしCR47はマトリックスを形成するように接
続されている（マトリックスの作用は後で詳細に説明す
る）。 第４図においては、検出器と接続する検出およびデコ
ード回路を示す。I/OラインPC0は素子U1のインバータＣ
の入力に接続され、I/OラインPC1およびPC2は素子U1の
インバータＤおよびＥの入力に接続されている。これに
よりPC0,PC1,PC2がデコーダU5（第３図参照）の端子A,
B,Cに各々供給され、更にBCD−10進デコーダU7の端子A,
B,Cに各々供給される。I/O端子PC4はデコーダU6の端子
Ｄに接続される。アナログ−ディジタルI/OラインANOは
抵抗アレイR6およびR7の抵抗Ａの一方の端子に接続さ
れ、更にフォトトランジスタすなわち検出器Q0,Q1,Q2,Q
3,Q4,Q5,Q6,Q7およびQ16,Q17,Q18,Q19,Q20,Q21,Q22,Q23
のコレクタ端子に接続されている。ディジタルI/Oライ
ンAN1は同様に抵抗アレイR6およびR7の抵抗Ｂの一方の
端子と、検出器Q8ないしQ15およびQ24ないしQ31のコレ
クタとに接続されている。ディジタルI/OラインAN2は抵
抗アレイR6およびR7の抵抗Ｃの一方の端子と、検出器Q3
2ないしQ39のコレクタとに接続されている。同じくI/O
ラインAN3は抵抗アレイR6およびR7の抵抗Ｄの一方の端
子と、検出器Q40ないしQ47のコレクタに接続されてい
る。抵抗アレイR6の抵抗A,B,C,Dの他の端子は共通してV
ccに接続され、抵抗アレイR7の抵抗A,B,C,Dの他の端子
は共通してGndに接続されている。 デコーダU7の出力ピンＯは検出器Q0およびQ8のエミッ
タ端子に接続され、同様に検出器Q1およびQ9,Q2およびQ
10,Q3およびQ11,Q4およびQ12,Q5およびQ13,Q6およびQ1
4,Q7およびQ15の対をなすエミッタ端子はデコーダU7の
端子1,2,3,4,5,6および７に各々共通して接続されてい
る。更に検出器Q16,Q24,Q32,Q40のエミッタはデコーダU
6の端子Ｏに共通して接続されており、検出器Q17,Q25,Q
33,Q41の４個のエミッタ、検出器Q18,Q26,Q34,Q42の４
個のエミッタ、検出器Q19,Q27,Q35,Q43の４個のエミッ
タ、検出器Q20,Q28,Q36,Q44の４個のエミッタ、検出器Q
21,Q29,Q37,Q45の４個のエミッタ、検出器Q22,Q30,Q38,
Q46、そして検出器Q23,Q31,Q39,Q47の４個のエミッタは
デコーダU6の端子1,2,3,4,5,6および７に各々共通して
接続されている。この構成により第３図の発光器のマト
リックスに類似したマトリックスが形成される。 周囲状態、特に周囲光に対する電気的フォトトランジ
スタ補償を第４図および第５図に示す。周囲光補償回路
網ACはフォトトランジスタQ0ないしQ40のコレクタ入力
に接続された帰還ループより成る。周囲光補償回路網は
分圧器100,積分器200,サンプル・ホールド回路300,バッ
ファ400、および電流補償源500により成る。 分圧器100は中間基準電圧点110の両側に２つの抵抗R2
0、R21を有して成る。基準電圧点110における電圧はフ
ォトトランジスタのコレクタにおける電圧に相当する。
本発明の好適な実施例における検出回路を構成する個々
のフォトトランジスタは順次サンプルされるので、基準
点110における電圧は、装置の動作サイクルの特定区間
における選択されたフォトトランジスタのコレクタにお
ける電圧に相当する。抵抗R20は定電圧電源Vccに接続さ
れ、抵抗R21は接地されている。 積分器200は電流モード（ノートン）増幅器210より成
り、コンデンサ230およびアナログスイッチ220は積分器
帰還ループに配設されている。好適実施例においては、
増幅器210はLM359電流モード増幅器より成る。スイッチ
220は通常の4052アナログスイッチより成る。増幅器210
の非反転端子は抵抗R23を介して定電圧電源Vccに接続さ
れている。電源Vccの代表的電圧値は＋５ボルトであ
る。演算増幅器210の反転端子は抵抗R22を介して分圧器
100の基準電圧点110に接続されている。 サンプル・ホールド回路300は第２の通常のアナログ
スイッチ320の接地されたコンデンサ330とより成る。好
適な実施例によると、スイッチ320は通常の4052アナロ
グスイッチより成る。 バッファ400は高入力インピーダンスおよび低出力イ
ンピーダンスを有する電圧フォロワより成る。バッファ
400の高入力インピーダンスはホールド状態におけるサ
ンプル・ホールド回路のコンデンサ330に蓄積された信
号の損失を防ぐため、換言すれば周囲信号低下を防止す
るために必要である。好適な実施例によると、バッファ
は通常のCA3140演算増幅器を使用することが出来る。 電流補償源500はダーリントン対エミッタフォロワと
して構成された２個のnpnトランジスタ510、520を有す
る。各トランジスタ510、520のコレクタはpnpトランジ
スタ530のベースに接続されている。pnpトランジスタ53
0のエミッタは抵抗R25を介して定電圧電源Vccに接続さ
れている。pnpトランジスタ530のコレクタ出力は基準点
110および選択されたフォトトランジスタのコレクタに
接続されている。好適な実施例においては２つのnpnト
ランジスタ510、520は通常の2N2222Aトランジスタ、そ
してpnpトランジスタ530は2N3906トランジスタを使用す
ることが出来る。 図示した帰還ループは本発明の実施において好ましい
モードであるが、他の構成およびシステムを使用するこ
とも出来る。例えばまず最初に基準電圧を測定し、アナ
ログ−ディジタル変換の後、通常のソフトウエア技術を
使用してマイクロコンピュータにより適当な注入電流を
演算することが出来る。これによりマイクロコンピュー
タで電流源を制御して好適な実施例に関して説明したよ
うに電流を注入することが出来る。 対話式タッチ式入力システムの発光器Q0ないしQ40お
よびフォトトランジスタCR0ないしCR40の構成を第６図
に示す。個々の発光器および検出器は協働する発光器−
検出器対において対応するように配置されている。第６
図にに示したように、発光器Q0ないしQ40は被照射フィ
ールドの２つの直交する側部に沿って配列されている。
フォトトランジスタCR0ないしCR40は残りの２つの対向
する直交側部に沿って配列されている。従って発光器は
被照射フィールドの周辺に配設されている。図示した好
適な実施例においては、発光器および検出器は、CRTま
たは他のビデオディスプレイの前面に取付けることの出
来るオプトマトリックスフレームの保持枠に配置され
る。例えば発光器および検出器は、被照射ビデオディス
プレイを囲む環状のプリント回路基板に固着することが
出来る。各対を形成する発光器および検出器は幾何学的
に対応しているが、光学的に対応させることはより複雑
である。第６図に２の重要な問題点を図示してある。光
学的拡散はビーム22、24により図示され、反射はビーム
26、28により図示されている。 好適な実施例に組込んだ本発明の全体の電気的作用を
第２図、第３図および第４図を参照して説明する。好適
な実施例の装置においては、上位コンピュータ（非図示
との相互作用によりCRTにビデオ表示領域12上で情報を
表示せしめるが、該ビデオ表示領域12はオプトマトリッ
クスタッチ式入力スクリーンがオペレータ16の決定を上
位コンピュータに指示するべくオペレータ16およびプロ
グラム間の対話関係の一部を構成する。上位コンピュー
タおよびそれに使用するプログラムは当業者が容易に理
解出来るものであり、その詳細な説明は省略する。上位
コンピュータは第２図のクロック端子にクロック信号を
供給し、該クロック信号はマイクロプロセッサU2のＣポ
ートI/OラインPC5およびインターラプト端子INTに印加
される。上位コンピュータから発生されるクロック信号
の流れは、オプトマトマトリックスフレームよりの入力
が望ましい期間継続し、クロック信号がなくなるとマイ
クロプロセッサU2はインターラプトを開始する。従って
電源を印加しクロック信号をマイクロプロセッサU2に供
給することにより、オプトマトリックス装置は走査動作
を開始してLEDを点火しフォトトランジスタを読取り、
そして適当なソフトウエアにより情報を内部分析する。
本装置の動作は周期的であるため、単一のサイクルを例
示して説明するが、サイクルは装置の残りの部分につい
ても同様に継続する。 マイクロプロセッサU2に電源を印加すると、ソフトウ
エアにおける主プログラムループの実行が開始される。
ソフトウエアはまずポインタを初期化して、既知の零の
開始点においてＸおよびＹのビームカウントを開始す
る。その後マイクロプロセッサは上位コンピュータから
受ける所定数の同期クロックパルスを待ち、よってマイ
クロコンピュータU2および上位コンピュータ間の完全な
同期化を行なう。例えばQ4であるＸフォトトランジスタ
を本実施例の最初のサイクルの開始時にオンする。 フォトトランジスタをこのようにオンすることによ
り、該トランジスタは安定化する。これはデコーダU7に
接続されたI/OラインPC0,PC1およびPC2の適当なアドレ
スを選択し、デコーダU7をI/OラインPC3でイネーブルと
してQ4に通電することにより行なう。次にLED CR4をPC
0、PC1およびPC2により与えられたアドレスに関してI/O
ラインPB0を駆動することにより点火し、同時にI/Oライ
ンPB7をイネーブルとしてデコーダU5のライン４をイネ
ーブルする。このXLED CR4の点火においては待ち時間
を含めることによりLED CR4が完全にオンするようにす
る。更に、LED CR0ないしCR7に関しては電流制限抵抗R
10を（ソースドライバーとして用いる）ダーリントン接
続トランジスタアレイU3と共に使用して発光器CR0ない
しCR7に通電して低い輝度で発光させる。同様に発光器C
R8ないしCR15に関しては、第２の電流制限抵抗R9を使用
してこれら発光器の発光出力を減少せしめる。ダーリン
トン接続トランジスタアレイU4により駆動される残りの
発光器は、全輝度すなわち最大発光出力が望ましいため
上記のような電流制限抵抗を使用しない。このようにし
て、発光器CR0およびCR1が減少された発光出力パワーに
より反射ビーム26を低下せしめ、発光器CR8およびCR9が
若干高いが保持枠20のコーナーに隣接しない残りの発光
器よりは低い発光出力パワーを有するようなパワー調節
を行なう。 抵抗アレイR3はプルアップ抵抗として作用して各発光
器が点火のための最低の適正なパワーを有するようにす
る。従ってCR4が点火された時、電流は素子U3の下側の
ダーリントン接続トランジスタ対のエミッタを流れて
（シンクドライバーとして使用される）ダーリントン接
続トランジスタアレイU8のコレクタを駆動し、発光器が
積極的に駆動され、ダーリントン接続トランジスタアレ
イU8およびU9も積極的に駆動される。 LED CR4が完全にオンされた後はアナログ−ディジタ
ル変換が開始される。本例ではアナログ−ディジタルラ
インAN0がQ4により発生した値を得てこれをディジタル
値に変換する。このディジタル値はマイクロプロセッサ
U2に内蔵されたVrhの基準分圧器により制御された基準
値により決定される。すべての信号電圧はこの基準値に
対する比として変換される。この基準値は、最大電圧入
力であって選択されないフォトトランジスタあるいは極
めて低い周囲光レベルを有する選択されたフォトトラン
ジスタに相当するVqに設定すべきことが判明している。
抵抗回路網R6およびR7はこの最大基準レベルVqを決定す
る。ディジタル変換時に、LED CR4がオフとなりその時
点でディジタル変換が終了し、ディジタル値がマイクロ
プロセッサに読取られ記憶される。 周囲光補償回路網ACはフォトトランジスタQ0ないしQ4
0の作動信号の自動調整を行なう。この補償は、周囲状
態に応じた電流を点110に流入させることにより点110に
おける電圧または分圧器100の一方の抵抗R21の両端間の
電圧を一定値に調節することにより達成される。周囲補
償システムは発光器−検出器対の順次励起に関連して順
次作動するので、まず周囲光補償システムを単一のフォ
トトランジスタが協働する発光器の励起以前に選択され
る際の該フォトトランジスタに関して説明する。ここで
使用しているフォトトランジスタはベース端子を持たな
いので、協働する発光器の励起以前におけるフォトトラ
ンジスタに流れるコレクタ−エミッタ電流は周囲状態の
みの関数となる。周囲温度や他の周囲状態も電流に影響
を与えるが、フォトトランジスタの電流を決定する基本
的な要因はフォトトランジスタに入射する周囲光であ
る。従って周囲状態におけるフォトトランジスタの電流
は一定となり、選択されたフォトトランジスタ両端間の
電位の関数とはならない。よって基準点110に流入する
電流は抵抗R20を流れる電流から抵抗R21およびR22を流
れる電流およびフォトトランジスタにおける電流を引い
たものと等しい。フォトトランジスタにおける電流は周
囲状態関数である。従って、フォトトランジスタを流れ
る周囲電流が変化すると、抵抗R20、R21およびR22を流
れる電流が変化する。フォトトランジスタ出力を表わす
よう選択された信号は点110における電圧または抵抗R21
両端間の電圧である。周囲光補償回路網は、追加の補償
電流を点110に注入することにより、点110における電圧
または抵抗R21両端間の電圧を選択されたフォトトラン
ジスタを流れる周囲電流の関数として調整するようにな
っている。この追加補償の周囲状態のみの関数である、
フォトトランジスタを流れる電流を変えはしないが、点
110における電圧を調整するには有効である。点110にお
ける出力電圧を調整する好ましいモードはまず、周囲状
態に対応する信号を発生することである。従来構成の積
分器200は周囲状態に対応する信号を受け、この信号を
定電圧Vccと比較する。 積分器200の出力電圧はサンプル・ホールド回路300に
入力される。周辺励起間における各選択されたフォトト
ランジスタに関して、サンプル・ホールド回路のスイッ
チは閉じている。その際周囲光補償回路は点110におけ
る電圧を一定値に安定化させる閉ループコントローラと
して動作する。従って、サンプル・ホールド回路の出力
電圧は高インピーダンスバッファ400に入力される。バ
ッファ400は電流補償源500に接続されている。上位コン
ピュータが選択されたフォトトランジスタと協働する発
光器を作動する時、対応する信号がサンプル・ホールド
回路のサンプリングゲート310に送られ、アナログスイ
ッチ320を開放する。周囲状態に対応するサンプル・ホ
ールド回路の信号は、協働する発光器の励起中コンデン
サ330に保持され、バッファ400はコンデンサ330におけ
る信号低下を防止する。従って、対応するフォトトラン
ジスタの選択と同時に行なわれる適当なLEDの励起中、
電流源500はコンデンサ330に保持された周囲電流により
駆動される。 供給電圧Vccにより駆動される補償電流はコンデンサ3
30の周囲信号に応じてトランジスタ530を制御すること
により得られる。電流補償源伝達関数はコンデンサ330
両端間電圧により除された出力電流に等しい。周囲フォ
トトランジスタ電流のみの関数であるこの補償電流は次
に電圧点110に注入されその基準電圧または抵抗R21両端
間の電圧を調整する。この基準電圧をフォトトランジス
タの動作範囲中心における公称値に調整することによ
り、フォトトランジスタの全体動作範囲を信号検出し使
用することが出来る。従って、発光器よりの光の入射の
みによるフォトトランジスタの利得は周囲電流補償がな
い場合よりも大きくなる。点110において補償電流を変
化させても、フォトトランジスタを流れる電流はそのベ
ースに入射する光のみの関数であるため、フォトトラン
ジスタの出力に影響を与えない。各々のフォトトランジ
スタの周囲補償は同じようにして順次行なうことが出来
る。積分器200におけるアナログスイッチ220は、次に順
次選択されるフォトトランジスタのための制御条件の回
復が最少となるように、サンプル・ホールド時間中積分
器のドリフトを減少させるために使用される。アナログ
スイッチ220の制御はアナログスイッチ320の制御と共通
しており、各々の極性作用は同一である。 Ｙ軸の処理はＸ軸の処理と極めて類似した方法で行な
われる。その結果、YLEDを十分に長い時間点火してLED
のオンおよび光検出を確実に行なう。この時次のＸ座標
発光器／検出器対の処理を開始し、処理を前述のように
繰返す。このようにして調べるべきＹ方向検出器がもう
ないと判断されるまでＸ軸およびＹ軸の間で交互に処理
が行なわれる。残りのＸ軸フォトトランジスタが調べら
れ、処理工程は上位コンピュータがクロック信号を送り
続ける間繰返される。 この全体の時間フレーム中、マイクロプロセッサU2か
らの同期信号をデータ流れ（後述）として受けた時上位
コンピュータは、前もってタッチ式入力マトリックスの
大きさを知りデータ流れを監視して、どのＸおよびＹの
対の状態が与えられているかを知る必要がある。 従ってＸまたはＹの遮断または非遮断状態を示すデー
タがデータラインに供給される。第７図に本発明のタイ
ミングおよびデータ図を示す。初期化および同期化時に
４個の連続するデータをデータラインに送り上位コンピ
ュータに受信させる。これにより上位コンピュータは同
期フレームが生じかつカウント開始しなければならない
ことを知る。その後データは４ビットのバイトで与えら
れ、最初の２ビットは常に零で３番目と４番目のビット
はＸおよびＹ軸の遮断状態または非遮断状態を示す。遮
断状態が存在する場合は１をデータラインに送り、非遮
断状態が存在する場合は０を利用する。例えばCR0およ
びCR4の交点にスタイラスが当接した場合これらは最初
の調べられたＸおよびＹの対なので、同期後のデータの
最初の４ビットバイトは（0011）となる。しかしなが
ら、スタイラス当接がCR0およびCR5の交点で生じた場合
最初の４ビットバイトは（0001）となり、２番目の４ビ
ットバイトは（0010）となる。Ｙ軸検出器が何ら調べら
れないフレームについては好ましくは０が誤りビットと
して挿入される。誤りビットとして１を使用しても良
い。この４ビットバイトデータ流れはすべてのＸ軸検出
器が調べられるまで継続され、マイクロプロセッサU2は
調査終了時に４ビット同期サイクルを送出し新しいサイ
クルまたはフレームを示す。 更に本装置は米国特許第4,267,443号（「光電入力装
置」、発行日1981年５月12日、特許権者キャロル他）に
開示されたビーム平均法に適用可能であり、これによる
と２個の発光器の間のスタイラスが２本のビームの間の
当接として判定されるので本システムの解像度すなわち
補間を32×64マトリックスとして倍増するのに有効であ
る。 本発明はその範囲内において種々の変更が可能であ
る。例えば、注入された補償電流の値は例示した帰還ル
ープによって決定する必要はなく、通常のソフトウエア
を用いるマイクロコンピュータを使用して注入された補
償電流の大きさを決定することが出来る。 従って本発明は、変化する周囲光レベル、発光器およ
び／または検出器劣化を補償し、部材の数が少ない装置
を提供するものである。 以上の説明から明らかな如く、本発明の光遮断検出装
置によると、周囲光による各フォトトランジスタの出力
信号は、対応する発光器が発光する直前に検出した検出
信号により周囲光補償回路網からの補償電流をフォトト
ランジスタの出力に注入して相殺する。従って、発光器
が発光した際のフォトトランジスタの出力信号は実質的
に発光器からの発光出力のみに依存するので、検出回路
の利得を十分高くして高感度で光の遮断を検出すること
が可能になる。これは特性に大きなばらつきを有すると
共に経年変化（特性劣化）を生じる多数対の発光器およ
びフォトトランジスタを使用する光学式タッチパネル等
においては極めて顕著な効果である。

【図面の簡単な説明】 第１図はビデオディスプレイを使用するオペレータの斜
視図、 第２図、第３図および第４図は周囲光補償を行なうタッ
チ式入力装置の回路図、 第５図は周囲補償電流注入回路網を示す図、 第６図は実際の装置における反射、グレアそして光学的
拡散の問題を示す、タッチ式入力オプトマトリックスフ
レームの図、そして 第７図は本発明に用いるデータ出力のタイミング図であ
る。 （符号の説明） 12……被照射フィールド（表示領域） CR0,CR1……発光器（発光ダイオード） Q0,Q1……フォトトランジスタ 18……不透明部材（スタイラス） AC……周囲光補償回路網

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−60204（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−75084（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−137369（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．被照射フィールドの外周に複数対の発光器およびフ
   ォトトランジスタを配列し、前記発光器およびフォトト
   ランジスタを順次作動させ、前記被照射フィールドの比
   較的不透明部材による遮断を前記フォトトランジスタの
   出力を検出することにより検出する光遮断検出装置にお
   いて、 前記フォトトランジスタの出力回路に周囲光補償回路網
   を接続し、順次選択される各対の前記発光器およびフォ
   トトランジスタの前記発光器が作動され発光する直前の
   周囲光による前記フォトトランジスタの出力信号を検出
   して、前記発光器が発光するとき前記周囲光補償回路網
   により前記フォトトランジスタの前記周囲光による出力
   信号を相殺する補償電流を前記フォトトランジスタに供
   給することを特徴とする光遮断検出装置。