JP5910818B2 - フィールド機器のタッチセンサスイッチ - Google Patents

Description

本発明は、フィールド機器に設置されるタッチセンサスイッチに関するものでる。

プラント制御システムでは、差圧計、流量計、温度計等の物理量を検出するセンサやアクチュエータ、コントローラ等のフィールド機器が用いられる。フィールド機器には操作パネルが設けられており、操作パネルを用いてフィールド機器の操作を行う。この操作パネルは所謂タッチパネルである。操作パネルとしては静電容量式の他に赤外光を用いたタッチパネルが用いられる。フィールド機器の操作パネルに赤外光を用いた技術が特許文献１に開示されている。

図９は、従来のフィールド機器のタッチセンサスイッチ（以下、単にタッチセンサとする）を示している。このタッチセンサ１０１は、中央制御回路１０２と第１アンプ回路１０３と発光素子１０４と機器収納部１０５とガラスパネル１０６と受光素子１０７と第２アンプ回路１０８とレベル判定器１０９とを備えている。

中央制御回路１０２はタッチセンサ１０１の全体の制御を行う。特に、発光素子１０４の駆動制御を行う。このために、中央制御回路１０２は第１アンプ回路１０３に対して発光信号Ｓ１を出力する。第１アンプ回路１０３は発光信号Ｓ１に基づいて駆動して、駆動電流ｉ１を増幅して流す。この駆動電流ｉ１が発光素子１０４に入力される。

発光素子１０４は駆動電流ｉ１が入力されることにより発光する。発光素子１０４が発光する光は赤外光Ｌ１である。中央制御回路１０２等の各種回路は機器収納部１０５の内部に格納されており、機器収納部１０５は光を透過しない非透過性の材質で構成されている。機器収納部１０５には第１開口領域Ａ１および第２開口領域Ａ２が形成されており、これらは開口していることから、光が通過する。

よって、第１開口領域Ａ１を赤外光Ｌ１が通過して、この赤外光Ｌ１はガラスパネル１０６に入射する。ガラスパネル１０６は機器収納部１０５の外部に設けられており、ガラスパネル１０６のうち機器収納部１０５と対向する面と反対面がタッチ面１０６Ｆとなっている。赤外光Ｌ１はガラスパネル１０６を透過するが、このときタッチ面１０６Ｆに指Ｆがタッチされている場合には、赤外光Ｌ１が反射する。一方、タッチ面１０６Ｆに指Ｆがタッチされていない場合には、赤外光Ｌ１はそのままガラスパネル１０６の外部に抜けていく。これにより、タッチセンサ１０１はフィールド機器の操作を行う操作パネルとして機能させることができる。

指Ｆがタッチ面１０６Ｆをタッチしている場合に、赤外光Ｌ１は反射して、反射光Ｌ２となる。この反射光Ｌ２はガラスパネル１０６を透過して、第２開口領域Ａ２から受光素子１０７に入力される。受光素子１０７は反射光Ｌ２を入力することで、受光電流ｉ２を流す。この受光電流ｉ２は第２アンプ回路１０８に入力される。第２アンプ回路１０８は受光電流ｉ２を受光信号Ｓ２として増幅して生成する。

受光信号Ｓ２はレベル判定器１０９に入力される。受光信号Ｓ２のレベルは反射光Ｌ２の強度レベルを示している。図１０に示すように、受光信号Ｓ２の強度レベルが閾値よりも高ければレベル判定値として「１」を生成する。一方、閾値よりも低ければレベル判定値として「０」を生成する。レベル判定器１０９が生成するレベル判定値はレベル判定値信号Ｓ３として中央制御回路１０２に入力される。

中央制御回路１０２は所定のパターンの発光信号Ｓ１を出力している。例えば、図１０に示すように、「０１０１０」のようなパターン（発光パターン）の発光信号Ｓ１を出力する。つまり、「０」のときには赤外光Ｌ１を発光せず、「１」のときに赤外光Ｌ１を発光するパターンとなる。

指Ｆをタッチすることにより生じる反射光Ｌ２は赤外光Ｌ１の反射光であり、赤外光Ｌ１と同じ発光パターンを有している。この反射光Ｌ２が受光素子１０７に受光されることで受光電流ｉ２が流れ、第２アンプ回路１０８により増幅されて受光信号Ｓ２が生成される。この受光信号Ｓ２の矩形波は発光信号Ｓ１の矩形波とほぼ同じである。従って、レベル判定器１０９によるレベル判定値のパターン（受光パターン）は、図１０に示すように、「０１０１０」となる。

中央制御回路１０２は発光パターンを生成しており、レベル判定器１０９から入力される受光パターンと発光パターンとを比較して、一致していればタッチ面１０６Ｆに指Ｆがタッチされていることを検出する。これをＯＮ検出とする。図１０の場合は、一致しているため、ＯＮ検出がされる。

１回のＯＮ検出だけで、指Ｆがタッチ面１０６Ｆにタッチされていると確定することもできるが、発光パターンと受光パターンとが偶然に一致する可能性もある。そこで、１回のＯＮ検出を行うためのパターンを１周期として、複数周期で発光パターンと受光パターンとが一致（ＯＮ検出）していれば、指Ｆがタッチ面１０６Ｆにタッチされていると確定してもよい。これをＯＮ確定とする。

図１１はその状態を示しており、３回のＯＮ検出を行うことで、初めてＯＮ確定を行う。これにより、３回の全てで発光パターンと受光パターンとが偶然に一致しなければＯＮ確定にならないため、偶然の一致による誤検出を防ぐことができ、より確実にスイッチのＯＮ確定を行うことができる。

特開２０１１−１８７１６６号公報

図９において、タッチ面１０６Ｆに指Ｆがタッチされていないときには、赤外光Ｌ１は外部に抜けていく。つまり、反射をしないため、反射光Ｌ２は生じない。従って、受光素子１０７には常に反射光Ｌ２が入射されることはなく、レベル判定器１０９が判定するレベル判定値は常に「０」になる。その状態を図１２に示している。

しかし、タッチセンサ１０１が設置される状況下では、外乱光ＬＮが受光素子１０７に入射されることがある。つまり、タッチ面１０６Ｆを指Ｆがタッチしていないにもかかわらず、外乱光ＬＮがガラスパネル１０６を透過して受光素子１０７に受光される。

図１２は外乱光ＬＮが入射されていない場合を示している。これにより、レベル判定器１０９が判定したレベル判定値は常に「０」になっている。よって、発光パターンと受光パターンとが異なっていることから、ＯＮ検出が行われることはない。つまり、スイッチはオンにされていない。一方、図１３は外乱光ＬＮが入射されている場合を示している。これにより、外乱光ＬＮはガラスパネル１０６を透過して受光素子１０７に受光される。

外乱光ＬＮは基本的には周期的なパターンを有している。例えば、蛍光灯は周期的なパターンを持つ光を蛍光する。これにより、発光信号Ｓ１の発光パターンが周期的な場合には、発光信号Ｓ１の発光パターンは外乱光ＬＮと近いパターンとなることがある。この外乱光ＬＮが受光素子１０７に受光されることで、受光信号Ｓ２は図１３に示すような矩形波となる。この外乱光の矩形波は受光信号Ｓ２の矩形波と非常に近いパターンになっている。

従って、レベル判定器１０９でレベル判定を行った外乱光ＬＮのパターンは、図１３に示すような「０１０１０」といったパターンとなる。このため、指Ｆによりタッチ面１０６Ｆがタッチされていないにもかかわらず、中央制御回路１０２はＯＮ検出を行うことがある。

発光パターンも外乱光ＬＮのパターンも共に周期的であることから、ＯＮ検出が３回行われることがある。この場合は、中央制御回路１０２はＯＮ確定の判定を行う。これにより、スイッチのＯＮ操作がされたものと認識する。

つまり、タッチセンサ１０１を操作していないにもかかわらず、外乱光ＬＮによりスイッチのＯＮ操作をしたと誤って認識がされる。これにより、フィールド機器に予期しない誤作動が発生する。この誤作動は予期しない動作であり、フィールド機器に対して大きな影響を与える場合がある。

そこで、フィールド機器のタッチセンサスイッチを操作するときに、外乱光によるスイッチ操作の誤検出を防止して、誤作動を防止することを目的とする。

以上の課題を解決するため、本発明のフィールド機器のタッチセンサスイッチは、スイッチがオンにされたことを検出するためのパルス光を発光する発光素子と、この発光素子が発光した前記パルス光の反射光を受光する受光素子と、前記発光素子が発光する前記パルス光の発光パターンを一定の繰り返し周期信号ではない任意なパターンで発生させる任意パターン発生器と、前記受光素子が受光した前記反射光の受光パターンと前記発光パターンとが一致しているときに、前記スイッチがオンにされたことを検出する比較器と、を備え、前記任意なパターンは、前記比較器における前記反射光の受光パターンと前記発光パターンとの比較結果と無関係に予め規定されていることを特徴とする。

このフィールド機器のタッチセンサスイッチによれば、パルス光の発光パターンを一定の繰り返し周期信号でない任意なパターンとして発生している。これにより、外乱光によってタッチセンサスイッチが操作されたと誤認識されることを防止することができる。従って、フィールド機器の誤作動が発生しないようにすることができる。

また、前記任意パターン発生器は、前記発光パターンを１周期としたときに複数周期のそれぞれで前記発光パターンが異なるパターンとなるようにして発生させ、前記比較器は、全ての周期で前記発光パターンと前記受光パターンとが一致しているときに、前記スイッチがオンにされたことを検出することを特徴とする。

複数周期で発光パターンを変化させることで、偶然に外乱光のパターンと発光パターンとが同じになったとしても、複数周期で異なる発光パターンを比較することから、外乱光の誤検出によるスイッチの誤作動をより確実に防ぐことができる。

また、前記任意パターン発生器が発生する前記発光パターンは変更可能であることを特徴とする。

外乱光のパターンと発光パターンとが一致する可能性はある。ただし、フィールド機器のタッチセンサスイッチは同一環境下で運用されており、外乱光と発光パターンとが一致したときには、発光パターンを変更する。これにより、外乱光の誤検出による誤作動をより確実に防ぐことができる。

また、前記比較器は、前記受光素子が受光した前記反射光のレベルに対して複数の閾値を用いて判定することを特徴とする。

反射光のレベルを複数の異なる閾値で比較することにより、反射光のパターンと外乱光のパターンとの区別をより高精度に行うことができる。これにより、外乱光の誤検出によるスイッチの誤作動をより確実に防ぐことができる。

また、前記１周期の中で前記パルス光のレベルの高低に差をつけたパターンを発生する機能を持つことを特徴とする。

複数の閾値を用いて受光レベルを比較するときに、発光パターンのレベルの高低に差を付けることで、外乱光の誤検出を防止することができ、より確実にスイッチの誤作動を生じないようにすることができる。

また、前記受光素子が受光した光に基づく受光信号の経路に周波数フィルタを設けることにより特定周波数以外の光をカットすることを特徴とする。

特定周波数以外の外乱光をカットすることで、外乱光の誤検出を防止し、また、タッチ動作の認識をより確実にすることができる。

本発明は、パルス光の発光パターンを外乱光とは異なるパターンとして発生している。これにより、外乱光によってタッチセンサスイッチが操作されたと誤認識されることを防止することができる。従って、フィールド機器の誤作動が発生しないようにすることができる。

実施形態のタッチセンサの構成図である。 実施形態の各種信号およびパターンを示す波形図である。 図２の他の例を示す波形図である。 変形例１におけるタッチセンサの構成図である。 図１において外乱光を受光している中でタッチされたときの波形図である。 図５において外乱光を受光したときの波形図である。 変形例２における各種信号およびパターンを示す波形図である。 図７において外乱光を受光したときの波形図である。 従来のタッチセンサの構成図である。 従来の各種信号およびパターンを示す波形図である。 図１０の他の例を示す波形図である。 従来の外乱光がないときの各種信号およびパターンを示す波形図である。 従来の外乱光があるときの各種信号およびパターンを示す波形図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。プラント制御システムにおける差圧計、流量計、温度計等の物理量を検出するセンサやアクチュエータ、コントローラ等のフィールド機器には操作パネルが用いられる。本実施形態では、この操作パネルをタッチセンサスイッチ（以下、タッチセンサ）とする。

図１はタッチセンサ１の構成を示している。このタッチセンサ１は中央制御回路２と任意パターン発生器３と第１アンプ回路４と発光素子５と機器収納部６とガラスパネル７と受光素子８と第２アンプ回路９とレベル判定器１０と比較器１１とを備えて構成している。タッチセンサ１を操作することにより、フィールド機器の制御を行うことができる。

中央制御回路２はタッチセンサ１の全体の制御を行っており、特に任意パターン発生器３の制御を行っている。任意パターン発生器３は中央制御回路２の制御により、任意のパターンのパルス信号を発光信号Ｓ１として発生させる。任意パターン発生器３が発生させる発光信号Ｓ１のパターンはパターン信号Ｓ４として比較器１１に対して出力される。

任意パターン発生器３は、一定周期ごとに任意のパターンのパルス信号を発光信号Ｓ１として発生させることができる。ここでは、任意パターン発生器３が発生するパターン（１周期の中のパターン）は非周期的であるものとする。

任意パターン発生器３が発生したパターンの発光信号Ｓ１は第１アンプ回路４に入力される。第１アンプ回路４は発光信号Ｓ１に基づいて駆動して、駆動電流ｉ１を増幅して発生させる。この駆動電流ｉ１は発光素子５に入力される。発光素子５は駆動電流ｉ１が入力されることによりパルス光を発光する。本実施形態では、パルス光は赤外光Ｌ１であるものとするが、赤外線以外の波長域の光であってもよい。

機器収納部６は中央制御回路２等を格納する部材であり、光を透過しない非透過性の素材で構成されている。ただし、機器収納部６には第１開口領域Ａ１および第２開口領域Ａ２の２つの開口部が形成されている。発光素子５が発光した赤外光Ｌ１は第１開口領域Ａ１を通過してガラスパネル７を透過する。

ガラスパネル７は光透過性のガラス素材で形成されており、赤外光Ｌ１はガラスパネル７を透過する。ガラスパネル７の機器収納部６と対向する面と反対面にタッチ面７Ｆが形成されており、このタッチ面７Ｆに指Ｆをタッチすることにより、タッチセンサ１の操作を行う。つまり、フィールド機器の操作パネルの操作を行なう。なお、本実施形態ではガラスパネル７を用いているが、光を透過する素材であれば任意の素材を適用することができ、例えばアクリル製のパネルを適用することもできる。

指Ｆがタッチ面７Ｆをタッチすることにより、赤外光Ｌ１は反射する。反射した赤外光Ｌ１は反射光Ｌ２となって、第２開口領域Ａ２を通過して、受光素子８に入射する。受光素子８は入射した反射光Ｌ２に基づいて、受光電流ｉ２を流す。この受光電流ｉ２が第２アンプ回路９に入力される。

第２アンプ回路９は受光電流ｉ２を増幅して受光信号Ｓ２に変換する。この受光信号Ｓ２はレベル判定器１０に入力される。レベル判定器１０は受光信号Ｓ２のレベル（強度レベル）に応じてレベル判定値を生成する。受光信号Ｓ２のレベルが閾値よりも高ければ、レベル判定値として「１」を生成する。受光信号Ｓ２のレベルが閾値よりも低ければ、レベル判定値として「０」を生成する。生成したレベル判定値はレベル判定値信号Ｓ３として比較器１１に入力される。

比較器１１はレベル判定器１０から出力されるレベル判定値信号Ｓ３のパターン（受光パターン）と任意パターン発生器３から出力されるパターン信号Ｓ４のパターン（発光パターン）とを比較する。比較器１１が比較を行うために、発光信号Ｓ１と受光信号Ｓ２との同期を取る。そして、比較の結果、両パターンが一致しているときには、指Ｆがタッチ面７Ｆをタッチしていることを検出する。これをＯＮ検出とする。このＯＮ検出は中央制御回路２に出力される。なお、比較器１１は中央制御回路２の１つの機能として組み込んでもよいし、図１のように中央制御回路２とは別個独立の回路として設けてもよい。

以上が構成である。次に、動作について説明する。中央制御回路２は任意パターン発生器３を制御して、非周期的なパターンを持つ発光信号Ｓ１を生成する。その一例を図２に示す。同図に示すように、任意パターン発生器３は「０１００１０１０００」のように非周期的な発光パターンの発光信号Ｓ１を生成する。

ここで、周期的なパターンとは「０１０１０１」のように「０」と「１」とが交互に繰り返されるパターンである。図２に示した発光信号Ｓ１のパターンは周期的なパターンとはなっておらず、非周期的なパターンとなっている。勿論、発光信号Ｓ１のパターンは図２に示した例には限定されず、周期的なパターンでなければ、任意の非周期的なパターンを適用することができる。

図２に示した発光信号Ｓ１の「０１００１０１０００」のパターンを１周期とする。この１周期のパターンの発光信号Ｓ１を第１アンプ回路４に出力する。第１アンプ回路４は発光信号Ｓ１の発光パターンに応じた駆動電流ｉ１を流す。この駆動電流ｉ１は発光素子５に入力される。

これにより、発光素子５は前記の発光パターンで発光する。従って、赤外光Ｌ１の発光パターンも前記のパターンとなる。タッチ面７Ｆに指Ｆをタッチしているときには、反射光Ｌ２が受光素子８に受光される。反射光Ｌ２は赤外光Ｌ１が反射された赤外光であるため、赤外光Ｌ１と同じパターンを有している。

受光素子８は反射光Ｌ２を受光することで、受光電流ｉ２を流す。この受光電流ｉ２は第２アンプ回路９に入力される。第２アンプ回路９は受光電流ｉ２を増幅して受光信号Ｓ２を生成する。受光信号Ｓ２も前記のパターンを有している。この受光信号Ｓ２はレベル判定器１０に入力される。

レベル判定器１０では閾値を基準として、受光信号Ｓ２のレベル判定を行っている。判定結果はレベル判定値信号Ｓ３として生成される。前述したように、発光信号Ｓ１と受光信号Ｓ２とは同期されており、受光信号Ｓ２は発光信号Ｓ１に対してタイミング的に僅かに遅れているが、図２からも明らかなように、発光信号Ｓ１の発光パターンと受光信号Ｓ２の受光パターンとは同一になっている。

これにより、比較器１１は中央制御回路２に対してパターンが一致している旨を出力する。これに基づいて、中央制御回路２は、タッチ面７Ｆに指Ｆがタッチされていることを検出する。つまり、ＯＮ検出を行う。この１回のＯＮ検出で指Ｆがタッチ面７Ｆにタッチされていると確定してもよい。

図１の構成の場合、指Ｆがタッチ面７Ｆをタッチしていない状態においては、赤外光Ｌ１を発光しても、ガラスパネル７から外部に抜けていく。ただし、指Ｆがタッチしていない状態において、外乱光ＬＮが受光素子８に入射されることがある。これにより、第２アンプ回路９で受光信号Ｓ２が生成されて、レベル判定器１０で外乱光ＬＮのパターンが生成される。ただし、前述したように、外乱光ＬＮは周期的なパターンを有している。

つまり、外乱光ＬＮのパターンは「０１０１０１０１０１」のように「０」と「１」とが交互に繰り返される周期的なパターンとなる。よって、非周期的な発光パターンとは異なるパターンとなる。非周期的な発光パターンはパターン信号Ｓ４として比較器１１に入力されており、比較器１１は外乱光ＬＮの周期的な発光パターンと非周期的な赤外光Ｌ１の発光パターンとの比較を行う。

従って、比較器１１はパターンが一致していないことを検出する。よって、中央制御回路２にはパターンの一致（ＯＮ検出）が出力されないため、中央制御回路２は指Ｆがタッチ面７Ｆをタッチしていないと認識する。つまり、タッチセンサ１を操作していないと認識する。これにより、外乱光ＬＮが受光素子８に入射されたとしても、ＯＮ検出をすることがなく、タッチ面７Ｆをタッチしていると誤検出をすることがなくなる。

これにより、タッチセンサ１を操作していないにもかかわらず、外乱光ＬＮによりタッチセンサ１を操作したと誤認識されることがなくなる。従って、外乱光ＬＮによりフィールド機器に予期しない制御が発生した認識させることがなくなる。これにより、フィールド機器の誤作動を生じることはない。

ところで、外乱光ＬＮは周期的なパターンを有しているケースが多いが、中には非周期的なパターンが含まれている場合もある。この場合に、外乱光ＬＮのパターンと任意パターン発生器３が発生する発光パターンとが偶然に一致することがある。つまり、外乱光ＬＮのパターンが図２に示した発光パターン「０１００１０１０００」と一致する可能性を完全には否定できない。

そこで、複数回のＯＮ検出が行われたときに、タッチ面７Ｆに指Ｆがタッチされたことを確定するＯＮ確定を行うようにすることができる。ここでは、所定の発光パターンを１周期として、複数周期の発光パターンを任意パターン発生器３が発生する。同時に、全ての周期で非周期的な発光パターンを変化させるようにする。以下、図３を参照して、発光パターンが２周期である場合について説明する。

１周期目の発光パターンは前述した「０１００１０１０００」である。そして、任意パターン発生器３は、２周期目には、１周期目の発光パターンとは異なる非周期的な発光パターンを発生させる。その一例が図３に示す「０１１０００１０００」である。

１周期目の発光パターンに基づいて、発光素子５が赤外光Ｌ１を発光する。指Ｆがタッチ面７Ｆをタッチしているときには、反射光Ｌ２が受光素子８に入射する。この反射光Ｌ２の受光パターンは発光パターンと同じ「０１００１０１０００」になる。従って、比較器１１はパターンが一致していることを検出するため、ＯＮ検出を中央制御回路２に出力する。これにより、中央制御回路２は１周期目のＯＮ検出を認識する。

このとき、外乱光ＬＮのパターンが偶然に１周期目の発光パターンと同じになる可能性がある。つまり、外乱光ＬＮのパターンも「０１００１０１０００」になる。この場合、比較器１１はパターンが一致していることを検出（ＯＮ検出）するため、中央制御回路２は１周期目のＯＮ検出を認識する。この時点では、受光パターンが反射光Ｌ２によるものか、外乱光ＬＮによるものかを区別することはできていない。

そこで、２周期目に１周期目とは異なる非周期的なパターンとして、任意パターン発生器３は「０１１０００１０００」となる発光パターンの赤外光Ｌ１を発生させる。指Ｆをタッチ面７Ｆにタッチしていることによる生じる反射光Ｌ２は受光素子８で受光される。

従って、レベル判定器１０は受光信号Ｓ２に基づいてレベル判定を行い、比較器１１には「０１１０００１０００」の受光パターンが入力される。一方、任意パターン発生器３からは２周期目のパターン信号Ｓ４として「０１１０００１０００」が入力される。これにより、発光パターンと受光パターンとが一致しているため、２回目のＯＮ検出がされる。この２回目のＯＮ検出は中央制御回路２に入力される。

中央制御回路２は１回目および２回目の両方でＯＮ検出を入力しているため、指Ｆによりタッチ面７Ｆがタッチされていることを確定するＯＮ確定を認識する。これにより、タッチセンサ１が操作されたことを認識して、操作された内容に応じてフィールド機器の制御を行う。

前述したように、１周期目で偶然に発光パターンと外乱光ＬＮのパターンとが一致する可能性がある。ただし、基本的には、発光パターンと外乱光ＬＮのパターンとが完全に一致する可能性は低い。このため、１周期目であったとしても、ＯＮ検出を行う可能性は低いものとなる。

そこで、比較器１１は、２周期目においても発光パターンと外乱光ＬＮのパターンとが一致するか否かの判定を行う。２周期目の発光パターンは１周期目の発光パターンと同様に非周期的ではあるが、発光パターンを変化させている。従って、１周期目および２周期目の両方において、発光パターンと外乱光ＬＮのパターンとが一致する可能性はほぼなくなる。

従って、１周期目（または２周期目）で偶然に発光パターンと外乱光ＬＮのパターンとが一致したときには１回のＯＮ検出は行われるが、２回のＯＮ検出が行われることはない。従って、２回のＯＮ検出が行われたときに初めてＯＮ確定をすることで、外乱光ＬＮに非周期的な成分が含まれていたとしても、外乱光ＬＮによる誤作動を防止することができる。これにより、外乱光ＬＮによるタッチセンサ１の誤作動を確実に防止することができ、フィールド機器に予期しない制御がされることがなくなる。

ここでは、２回のＯＮ検出でＯＮ確定を行うようにしていたが、３回以上のＯＮ検出でＯＮ確定を行うようにしてもよい。この場合には、３周期以上の各周期で発光パターンを異ならせるようにする。これにより、外乱光ＬＮによる誤作動の発生精度をより防止することができる。

以上において、中央制御回路２は任意パターン発生器３が発生するパターンを変更可能にしている。前述したように、発光パターンと外乱光ＬＮのパターンとが偶然に一致する可能性はある。この場合には、任意パターン発生器３が発生する発光パターンを変更する。タッチセンサ１は同じ環境下で使用されるため、外乱光ＬＮのパターンと発光パターンが一致した場合には、発光パターンを変更する。これにより、同じ環境下で使用されるため、外乱光ＬＮのパターンと発光パターンとが同じになることがなく、誤作動を防止することができる。

また、本実施形態では、外乱光ＬＮが周期的なパターンを有している場合について説明した。基本的には外乱光ＬＮは周期的なパターンを有しているが、非周期的なパターンを有している場合もある。この場合には、逆に発光パターンを周期的にすることにより、発光パターンと外乱光ＬＮのパターンとを区別することができる。従って、誤ったＯＮ検出による誤作動を防止することができる。要は、任意パターン発生器３が発生する発光パターンを外乱光ＬＮのパターンとは異なるパターンにすればよい。

次に、変形例１について説明する。図４は変形例１におけるタッチセンサ１を示しており、図１の構成に対して、周波数フィルタ１２を追加している。周波数フィルタ１２は特定周波数をフィルタリングする回路であり、ここでは受光信号Ｓ２の特定の周波数成分をフィルタリングしている。

図５は、フィルタなしで低周波数の外乱光ＬＮを受光している場合で、この状態で指Ｆをタッチ面７Ｆにタッチすると、外乱光ＬＮが受光信号Ｓ２にのってしまう。

このとき、発光信号Ｓ１のパターンが「０１００１００００００」と受光信号Ｓ２のパターン「０１１１１００００００」が異なってしまい、比較器１１はＯＮ検出を行えず、タッチ面７Ｆに指Ｆがタッチされていることを認識できない。

低周波の外乱光としては、光の揺らぎのようなものがある。例えば、太陽光や木漏れ日は低周波数の光の揺らぎを生じる。

外乱光ＬＮが発光信号Ｓ１に対して高周波の場合も低周波の場合と同様である。

図６は、周波数フィルタ１２で低周波成分および高周波成分を抑圧している例で、外乱光ＬＮ１、外乱光ＬＮ２が入射している状態でも、タッチ面７Ｆに指Ｆがタッチされていることの認識をより確実に行うことができる。

高周波成分を抑圧する度合いにより、低周波に歪みが発生し、パルスの立ち上がり、立ち下りを検出する波形となる。

そして、図６に示すように、発光信号Ｓ１のパターンを「０」、「１」、「２」で表現する。「０」は変化していない場合、「１」は発光信号Ｓ１の立ち上がり、「２」は発光信号Ｓ１の立ち下りを示している。従って、図６の発光信号Ｓ１のパターンは「０１２０１２００００」となる。

この発光パターンで発光した赤外光Ｌ１が指Ｆで反射して反射光Ｌ２となったとき、前述した場合と同様に受光素子８で反射光Ｌ２が受光される。そして、受光信号Ｓ２が周波数フィルタ１２を通過する。このとき、図６に示すように、矩形波に歪みを生じる。

レベル判定器１０では第１閾値および第２閾値の２段階の閾値で受光信号Ｓ２のレベルを比較している。受光信号Ｓ２のレベルが第１閾値より高ければ「１」、第２閾値より低ければ「２」、第１閾値と第２閾値との間にある場合には「０」となる。これは、前述の発光信号Ｓ１のパターン「０」、「１」、「２」に対応したものである。

つまり、周波数フィルタ１２により矩形波に歪みを生じることを考慮して、発光信号Ｓ１に変化がない場合に対応して、受光信号Ｓ２のレベルが第１閾値と第２閾値との間にあるときを「０」としている。また、発光信号Ｓ１が立ち上がるときに対応して、受光信号Ｓ２のレベルが第１閾値よりも高いときに「１」としている。さらに、発光信号Ｓ１が立ち下がるときに対応して、受光信号Ｓ２のレベルが第２閾値よりも低いときに「２」としている。

従って、第１閾値と第２閾値とは周波数フィルタ１２によりどの程度の歪みが矩形波に作用するかによって決定される。これにより、図６に示すように、レベル判定器１０が第１閾値および第２閾値と受光信号Ｓ２とを比較することにより生成される受光パターンは「０１２０１２００００」となる。

よって、比較器１１は発光信号Ｓ１の発光パターンと受光信号Ｓ２の受光パターンとが一致していることから、ＯＮ検出を行う。そして、中央制御回路２にＯＮ検出を出力することで、タッチ面７Ｆに指Ｆがタッチされていることを認識する。勿論、前述した実施形態のように、２回以上のＯＮ検出でＯＮ確定を行うようにしてもよい。

次に、変形例２について説明する。変形例２の構成は図１と同じである。ただし、レベル（強度）に差異のあるパターンの発光信号Ｓ１を発生する機能を持つ。図７に示すように、発光信号Ｓ１は矩形波の振幅を大きくすることができ、また小さくすることもできる。

発光信号Ｓ１において、振幅の大きい矩形波が立ち上がるときを「２」、振幅の小さい矩形波が立ち上がるときを「１」、変化がない場合および波形が立ち下がる場合を「０」とする。図７に示す発光信号Ｓ１のパターンは「０２００１０００００」となる。本変形例２では、受光信号Ｓ２も矩形波となっており、受光信号Ｓ２の受光パターンも発光パターンとほぼ同じになる。

そして、レベル判定器１０は第１閾値と第２閾値との２段階の閾値で受光信号Ｓ２のレベルを判定する。受光信号Ｓ２のレベル（強度）が第１閾値よりも高くなっている場合は「２」、受光信号Ｓ２のレベルが第１閾値と第２閾値との間にある場合には「１」、第２閾値よりも低い場合には「０」として判定を行う。第１閾値および第２閾値は発光信号Ｓ１の矩形波の振幅の高低に応じて設定を行う。

従って、タッチ面７Ｆに指Ｆをタッチしているときに検出される受光信号Ｓ２のパターンは、図７に示すように、「０２００１０００００」となる。これは、発光信号Ｓ１のパターンと一致している。これにより、比較器１１はパターンが一致していると判定して、ＯＮ検出を中央制御回路２に出力する。これにより、タッチ面７Ｆに指Ｆがタッチされていることが検出される。勿論、この場合においても、複数のＯＮ検出でＯＮ確定を判定してもよい。

図８は外乱光ＬＮが入射した場合を示している。外乱光ＬＮが発光パターンと同じような非周期的なパターンであったとしても、１周期の中で常に矩形波の振幅は一定になる。従って、発光信号Ｓ１に対応する受光信号Ｓ２では第１閾値よりも高いレベルになっている箇所が、外乱光ＬＮの場合は第１閾値よりも低くなる。従って、図８に示すように、受光信号Ｓ２のパターンは「０１００１０００００」となる。

比較器１１は発光パターンと受光パターンとが一致しないことを検出する。従って、ＯＮ検出を行わない。このように、発光信号Ｓ１の発光パターンの振幅に高低の差を設けることで、外乱光ＬＮとの区別することができ、誤ったＯＮ検出を防ぐことができる。これにより、誤作動を起こすことがない。

変形例１および変形例２では、第１閾値および第２閾値の２段階の閾値を用いて、受光信号Ｓ２を判定していたが、３段階以上の異なる閾値を用いて判定をしてもよい。変形例１では周波数をフィルタリングした場合、変形例２では発光信号Ｓ１の振幅に高低の差を設けた場合において、複数の閾値で比較することにより、反射光Ｌ２であるのか、外乱光ＬＮであるかの区別をより明確に行うことができる。これにより、誤検出が行われることを回避することができる。

つまり、複数段階の閾値を用いて、受光信号Ｓ２のレベルを比較することで、より高い精度で反射光Ｌ２と外乱光ＬＮとの区別を行うことができる。これにより、スイッチの誤作動の防止を図り、フィールド機器に対して誤った制御がされることがない。

１ タッチセンサ
２ 中央制御回路
３ 任意パターン発生器
４ 第１アンプ回路
５ 発光素子
６ 機器収納部
７ ガラスパネル
７Ｆ タッチ面
８ 受光素子
９ 第２アンプ回路
１０ レベル判定器
１１ 比較器
１２ 周波数フィルタ
Ａ１ 第１開口領域
Ａ２ 第２開口領域
Ｆ 指
Ｓ１ 発光信号
Ｓ２ 受光信号
Ｓ３ レベル判定値信号
Ｓ４ パターン信号

Claims (6)

1. スイッチがオンにされたことを検出するためのパルス光を発光する発光素子と、
   この発光素子が発光した前記パルス光の反射光を受光する受光素子と、
   前記発光素子が発光する前記パルス光の発光パターンを一定の繰り返し周期信号ではない任意なパターンで発生させる任意パターン発生器と、
   前記受光素子が受光した前記反射光の受光パターンと前記発光パターンとが一致しているときに、前記スイッチがオンにされたことを検出する比較器と、
   を備え、
   前記任意なパターンは、前記比較器における前記反射光の受光パターンと前記発光パターンとの比較結果と無関係に予め規定されていることを特徴とするフィールド機器のタッチセンサスイッチ。
2. 前記任意パターン発生器は、前記発光パターンを１周期としたときに複数周期のそれぞれで前記発光パターンが異なるパターンとなるようにして発生させ、
   前記比較器は、全ての周期で前記発光パターンと前記受光パターンとが一致しているときに、前記スイッチがオンにされたことを検出すること
   を特徴とする請求項１記載のフィールド機器のタッチセンサスイッチ。
3. 前記任意パターン発生器が発生する前記発光パターンは変更可能であること
   を特徴とする請求項１記載のフィールド機器のタッチセンサスイッチ
4. 前記比較器は、前記受光素子が受光した前記反射光のレベルに対して複数の閾値を用いて判定すること
   を特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のフィールド機器のタッチセンサスイッチ。
5. 前記１周期の中で前記パルス光のレベルの高低に差をつけたパターンを発生すること
   を特徴とする請求項２記載のフィールド機器のタッチセンサスイッチ。
6. 前記受光素子が受光した光に基づく受光信号の経路に周波数フィルタを設けることにより特定周波数以外の光を抑圧すること
   を特徴とする請求項４記載のフィールド機器のタッチセンサスイッチ。

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