JP3651599B2 - 赤外線タッチスイッチ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部からパラメータ設定を行うためにプロセス機器等に装備される赤外線タッチスイッチの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来の赤外線タッチスイッチの一例を示す回路構成図である。
矩形波発生部２を含む駆動回路１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。反射物４が無い場合には、受光素子５が赤外線を受光できないので光電流ＩＬが流れない。反射物４が有る場合には、赤外線が反射して受光素子５に光電流ＩＬが流れる。
【０００３】
光電流ＩＬは抵抗６によって電圧ＶＬに変換され、比較器７に入力される。比較器７はＶＬが判定電圧ＶＳよりも大きいかあるいは小さいかという比較情報を判定回路８へ出力する。これによって、判定回路は反射物４の有無（スイッチのオン、オフ）を判定する。
【０００４】
反射物４が無いとき、すなわちスイッチがオフのときに光電流ＩＬが全く流れず、反射物があるとき、すなわちスイッチがオン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オン、オフを判定できる。
【０００５】
しかし、現実にはスイッチがオフのときの光電流ＩＬはゼロにはならない。これは、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、漏洩光として受光素子に入力されてしまうためである。このときの光電流をＩＬ(off)とする。
【０００６】
スイッチがオンのときの光電流をＩＬ(on)とすると、ＩＬ(on)＞ＩＬ(off)という関係になる。図６は判定電圧ＶＳに対するＶＬの大小関係を示す波形図である。
オン、オフを誤りなく判定するためには、図に示すように、判定電圧ＶＳをＩＬ(on)とＩＬ(off)に相当する電圧ＶＬ(on)とＶＬ(off)の間に設定する必要がある。
【発明が解決すべき課題】
発光素子３と受光素子５との種類によっては、これらの素子の光伝達特性に数十倍のバラツキがある素子を用いる場合がある。この場合、駆動電流ＩＦを一定にしても光電流ＩＬに比例する電圧ＶＬが一定にならない。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)＞ＶＳ＞ＶＬ(off)にならない場合がある。
【０００７】
そこで、ＶＬ(on)＞ＶＳ＞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６を可変抵抗にして、手動調整を行っている。通常、プロセス機器では操作スイッチとして赤外線タッチスイッチを複数個使用するので、その数だけ手動調整が必要である。そのため、多くの製造工数が必要になり、コスト削減の妨げになっている。
【０００８】
本発明の目的は、オン, オフの判定レベルの個別調整を不要にし、コスト削減に貢献できる赤外線タッチスイッチを実現することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明のうち請求項１記載発明の特徴は、赤外線発光素子と、発光赤外線の反射物からの反射光及び漏洩光を入力する受光素子とを具備する赤外線タッチスイッチにおいて、
前記赤外線発光素子に時間と共に増加減少を周期的に繰り返す参照電流を供給する駆動回路と、
今回周期における受光電流が所定の設定レベルを超える測定値と前回周期における受光電流が所定の設定レベルを超える測定値に基づいて前記反射物の有無を判定する判定回路とを具備する点にある。
【００１０】
請求項２記載発明の特徴は、
前記参照電流が、鋸歯状波電流である点にある。
【００１１】
請求項３記載発明の特徴は、
前記判定回路は、前記参照電流の今回周期における受光電流が所定の設定レベルを超える時間を保持する第１保持手段と、
前記参照電流の前回周期における受光電流が所定の設定レベルを超える時間の測定値を保持する第２保持手段と、
これら保持手段の出力差がゼロの周期が所定回数連続したときにオンからオフ又はオフからオンの判定をする信号処理手段とを具備する点にある。
【００１２】
請求項４記載発明の特徴は、
前記信号処理手段は、前記第１保持手段の出力と前記第２保持手段との出力差がゼロの周期が連続して所定回数を超えたときにオンからオフ又はオフからオンの判定をする点にある。
【００１３】
請求項５記載発明の特徴は、
前記第１保持手段は、今回周期における受光電流が所定の設定レベルを超える時間所定周期のクロックをカウントして更新される第１レジスタで構成され、
前記第２保持手段は、前記第１保持手段の内容が更新される前に第１レジスタの内容がダウンロードされる第２レジスタで構成される点にある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明実施態様を、図面を用いて説明する。図１は本発明を適用した赤外線タッチスイッチの一例を示す回路構成図、図２は各部の動作波形図である。図５の従来例で説明した要素と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００１５】
参照電流として鋸歯状の駆動電流ＩＦを発光素子３に流すために、駆動回路１の中に鋸歯状波発生部１０を設ける。
また、抵抗６と判定電圧ＶＦは、発光素子３と受光素子５の光伝達度が最も低いときに（ＩＬが最小のときに）ＶＬ＞判定電圧ＶＦとなるような設定にし、比較器７から必ずパルスが出力されるようにする。即ち、漏洩光（反射体が無い場合）においてもパルスが出力される設定にする。
一方、抵抗６は固定抵抗を使用し、個別調整は行わない。
【００１６】
図２の波形図において、（Ａ）は鋸歯状の駆動電流ＩＦの波形、（Ｂ）は伝達度が小さい時の反射物がない場合と有る場合のＶＬの波形、（Ｃ）はその時の比較器７の出力波形である。（Ｄ）は伝達度が大きい時の反射物がない場合と有る場合のＶＬの波形、（Ｅ）はその時の比較器７の出力波形である。
【００１７】
そして、判定回路８は比較器７が出力するパルス幅を測定し、前回周期のパルスの幅ｔｎと今回周期のパルスの幅ｔｎ＋１の変化を見て次のようにスイッチのオン、オフを判定する。
ｔｎ＜ｔｎ＋１：オフからオンになったと判断する。
ｔｎ＞ｔｎ＋１：オンからオフになったと判断する。
【００１８】
判定回路２０において、２１は第１保持手段であり、前記参照電流の今回周期における受光電流が所定の設定レベルを超える測定値ｔｎ＋１を保持する。２２は第２保持手段であり、前回周期における受光電流が所定の設定レベルを超える時間の測定値ｔｎを保持する。
２３は信号処理手段であり、これら保持手段の出力差が所定値（オン、オフ反転時のヒステリシス幅）以上のときオンからオフ又はオフからオンの判定をする。
【００１９】
第１保持手段２１は、今回周期における受光電流が所定の設定レベルを超える時間所定周期のクロックＣＬをカウントして更新される第１レジスタ２４で構成されている。第２保持手段２２は、前記第１保持手段２１の内容が更新される前に第１レジスタ２４の内容がダウンロードされる第２レジスタ２５で構成されている。
【００２０】
反射光は反射物とタッチパネルの距離が短いほど大きくなる。操作者がタッチパネルを触ろうとしたときには、反射光が徐々に大きくなり、タッチパネルに触れたときに反射光が最大かつ一定の値になる。逆に操作者がタッチパネルから指を離そうとしたときには、反射光が徐々に小さくなり、完全に離したときに反射光が最小かつ一定の値になる。
したがって、反射光の変化がゼロになったことを検知することで、スイッチのオンオフを判定するアルゴリズムとすることが可能である。
【００２１】
図３（Ａ）は、反射物（指）をスイッチに近づけてタッチした後、スイッチから離した時の反射光の変化を示す波形図、（Ｂ）は、光電流ＩＬに比例する電圧ＶＬと判定電圧ＶＦの関係を示す波形図、（Ｃ）は比較器７の出力波形図である。比較器７の時間出力が前回周期における時間より大きくなる変化が停止し、一定の時間出力が所定期間継続した時をオン、逆の場合をオフと判断する。
【００２２】
この場合の信号処理手段１１の処理内容は、前記第１保持手段の出力と前記第２保持手段との出力差がゼロの周期が連続して所定回数（ａ）を超えたときにオンからオフ又はオフからオンの判定をする。
【００２３】
図４は信号処理手段２３における処理の手順を示すフローチャートである。
ステップＳ１で比較器７の出力時間を測定する。ステップＳ２で今回周期の時間ｔｎ＋１と前回時間ｔｎを比較し、ｔｎ＋１≧ｔｎであればステップＳ３でｔｎ＋１＝ｔｎが判断される。成立すればステップＳ４でｍをインクリメントし、ステップＳ５でｍ＝ａが判断され、成立すればステップＳ６でスイッチはオンと判定する。
【００２４】
ステップＳ２の比較で、ｔｎ＋１＜ｔｎであればステップＳ７でｔｎ＋１＝ｔｎが判断される。成立すればステップＳ８でｍをインクリメントし、ステップＳ９でｍ＝ａが判断され、成立すればステップＳ１０でスイッチはオフと判定する。
【００２５】
タッチパネルに触れていないのに、スイッチがオンになったと認識してしまうと操作感が悪い。反射光の時間変化による判定では、反射物がタッチパネルに触れたことが確実に判り、操作感を良くできる。
【００２６】
以上説明した本発明の実施例では、参照電流として直線的に変化する鋸歯状波電流を示したが、時間と共に上昇し下降する波形であれば非直線特性の参照電流を使用することも可能である。
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば従来の赤外線タッチスイッチで必要とした個々の判定レベルの調整が不要になり、コスト削減を実現できる。
更に、駆動電流を矩形波から鋸歯状波にすることで、発光素子の寿命を長くできる（パルス幅が同一の場合）。
【００２７】
反射光の時間変化による判定では、反射物がタッチパネルに触れたことが確実に判り、操作感を良くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した赤外線タッチスイッチの一例を示す回路構成図である。
【図２】本発明赤外線タッチスイッチの動作を説明する各部の波形図である。
【図３】反射物をスイッチに近づけてタッチした後、スイッチから離した時の反射光の変化によりオンオフ判定する場合の各部の波形図である。
【図４】反射光の変化によりオンオフ判定する場合の、信号処理手段における処理の手順を示すフローチャートである。
【図５】従来の赤外線タッチスイッチの一例を示す回路構成図である。
【図６】従来の赤外線タッチスイッチの判定電圧ＶＳに対するＶＬの大小関係を示す波形図である。
【符号の説明】
１ 駆動回路
２ 矩形波発生部
３ 発光素子
４ 反射物
５ 受光素子
６ 抵抗
７ 比較器
１０ 鋸歯状波発生部
２０ 判定回路
２１ 第１保持手段
２２ 第２保持手段
２３ 信号処理手段
２４ 第１レジスタ
２５ 第２レジスタ

Claims (5)

1. 反射物によって反射された赤外線発光素子の光を受光素子で受け、前記反射物の有無を判定する赤外線タッチスイッチにおいて、
   前記赤外線発光素子に時間と共に増加減少を周期的に繰り返す参照電流を供給する駆動回路と、
   今回周期における受光電流が所定の設定レベルを超える測定値と前回周期における受光電流が所定の設定レベルを超える測定値に基づいて前記反射物の有無を判定する判定回路と、
   を具備する赤外線タッチスイッチ。
2. 前記参照電流が、鋸歯状波電流であることを特徴とする請求項１記載の赤外線タッチスイッチ。
3. 前記判定回路は、前記参照電流の今回周期における受光電流が所定の設定レベルを超える測定値を保持する第１保持手段と、
   前記参照電流の前回周期における受光電流が所定の設定レベルを超える時間の測定値を保持する第２保持手段と、
   これら保持手段の出力差が所定値以上のときオンからオフ又はオフからオンの判定をする信号処理手段と、
   を具備する請求項１又は２記載の赤外線タッチスイッチ。
4. 前記信号処理手段は、前記第１保持手段の出力と前記第２保持手段の出力差がゼロの周期が連続して所定回数を超えたときにオンからオフ又はオフからオンの判定をすることを特徴とする、
   請求項３記載の赤外線タッチスイッチ。
5. 前記第１保持手段は、今回周期における受光電流が所定の設定レベルを超える時間所定周期のクロックをカウントして更新される第１レジスタで構成され、
   前記第２保持手段は、前記第１保持手段の内容が更新される前に第１レジスタの内容がダウンロードされる第２レジスタで構成される、
   請求項３又は４記載の赤外線タッチスイッチ。

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