JPH05501182A - 電気的スイッチシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 電気的スイッチシステム 発明の背景 本発明は一般に手動で操作されるスイッチに関し、さらに詳細には防水型パッケ ージを実現し、機械的スイッチング部分がないシールド型環境光動作スイッチシ ステムに関する。

様々な形のスイッチがページャや携帯用無線機の設計に用いられてきたが、これ らのスイッチの可動部分の疲弊による色々な問題が発生している。さらにほとん どの機械式スイッチは防水防塵シールがされていないため、結露や粉塵によって 関連回路が影響を受ける。

現在ページャで使用されているスイッチは泡型（ｐｏｐｐｌｅ）の瞬間的な接点 を持つ機械式スイッチである。この泡型スイッチは対になった金属接点の真上に 変形する「泡」の可動部を設けたものである。

ページャなどで用いられている機械式スイッチの形式はスライド型スイッチであ る。スライドスイッチは装置のオン・オフに用いられるスイッチのように回路を 「開」または「閉」にすることができる。これらの２つのスイッチは耐環境シー ルの貧弱さによる不利点や通常の使用による耐久性の低さが問題である。

シタ力って、密閉型のハウジングまたはパッケージで可動部分なしに複数のスイ ッチを設けることのできる改良されたスイッチシステムを得ることが望ましい。

発明の概要 本発明の目的は可動部分を持たない密閉型スイッチシステムをもたらすことにあ る。

一般的には、選択的に覆われる１個以上の光センサがハウジング内に取付けられ 、ページャや携帯無線機のような電子機器で必要とされる、電気的に制御される １以上の機能を選択するために、平均的な環境光（アンビエント光）のレベルに 対して光が全くないか、または少ないことを効果的に感知する。

別な面においては、電子機器のハウジング内のスイッチ領域によって動作するス イッチシステムはハウジング内に保持された環境光センサおよびスイッチ感知手 段の第１組および第２組を含む。環境光センサ回路および平均化回路手段は光セ ンサの第１組に結合し、前記第１組に到達している環境光の平均値を表す基準信 号を生成する。遮蔽感知回路手段は光センサの前記第２組に結合し、ユーザーが 環境光をさえぎるのに反応してスイッチ感知信号を生成する。前記平均化回路手 段および遮蔽感知回路手段に結合した比較手段は前記スイッチ感知信号と前記基 準信号とを比較して、所定のディレィの後に出力を生成する。前記比較手段に結 合したスイッチは前記比較手段からの出力に応答して少なくとも１つのスイッチ ング動作を行う。

本発明の他の面では、前記複数の光センサはマルチプレクサに接続され、これを 介してアナログ・デジタルコンバータ（Ａ／Ｄコンバータ）に接続されている。

Ａ／Ｄコンバータは内蔵コントローラおよび１以上の電気スイッチに結合した出 力を有する比較手段に結合している。前記マルチプレクサ、Ａ／Ｄコンバータお よびコントローラは共にマイクロプロセッサによって実現可能である。

さらに本発明の他の面では、前記複数の光センサはオペアンプに結合して環境光 の平均値を表す基準信号を生成し、複数の比較器に結合して少なくとも１つのス イッチ領域からの環境光の遮蔽に応答してスイッチ感知信号を生成する。ロジッ クゲートアレイを含む判断回路は最低動作光量に等しい電圧と与えられる高いス イッチ感知信号との両方を必要とし、前記判断回路からの出力に応答する少なく とも１つのスイッチ機能を実現するための少なくとも１つの電気スイッチにに対 する出力を供給する。

図面の簡単な説明 図１はページャのディスプレイと複数のスイッチ領域を持つコントロールパネル を上からみた図である。

図２は図１のディスプレイおよびコントロールパネルの一部を断面図で示したも のに、システムの回路のブロック図を加えたものである。

図３Ａ、図３Ｂは図２のコントローラの動作の詳細を流れ図で図示したものであ る。

図４は本発明の別の実施例を電気回路図で示したものである。

好適実施例の詳細な説明 図１は無線ページャのような電子機器のハウジングのディスプレイとコントロー ルパネル１２とを図示したものである。スイッチ領域は光パイプ１３Ａ−１３Ｅ を含み、環境光を感知するための他の光バイブ１５Ａ、１５Ｄがページャメツセ ージディスプレイ１４の周囲に配置されている。ユーザーが選択的に１つの機能 に対応するスイッチへの環境光をさえぎる場合を除き１３Ａ−１３Ｂ全体として のスイッチ領域は通常環境光に対して露出している。

図２は本発明をデジタル処理の方法で実現した実施例を図示したものである。

光パイプ１３Ａ、１３Ｂ、１５Ｂおよび１５Ｄは光２１をＰＣ基板上に取り付け られた光検出器（通常はｐｉｎフォトダイオード）２３Ａ、２３Ｂ、２５Ａおよ び２５Ｂに対して導いている。ユーザーが装置のスイッチ機能の１つを動作させ るために対応するスイッチを選ぶには指２２をそのスイッチ領域の上に置く。こ れによってスイッチセンサ２３Ｂに到達していた環境光をさえぎることになる。

光センサまたは光検出器から出力される信号か弱すぎる場合には、増幅段２６Ａ 。

２６Ｂ、２８Ａ、および２８Ｂを設けてもよい。

回路３１は光センサまたは追加的に用いられる光センサアンプがら電気信号を受 け取り、それを遮蔽感知手段および環境光感知手段（一般的にはマルチプレクサ ３２）に対して結合する。マルチプレクサ３２はコントローラ３４の出力に従っ てそれぞれのセンサをシリアルにスキャンして、アナログ・デジタルコンバータ （Ａ／Ｄコンバータ）３３に信号を出力する。

Ａ／Ｄコンバータ３３はコントローラ３４からの制御出力に従ってアナログ信号 をデジタル信号に変換する。環境光感知手段および遮蔽感知手段は共にＡ／Ｄコ ンバータ３３のながで同じアナログ・デジタル変換器に結合している。しかしな がら環境光センサまたはスイッチセンサのどちらがマルチプレクサ３２によって 選択されているかによって、変換はそれぞれ環境光感知または遮蔽感知に分類さ れる。デジタル信号は比較手段および平均化手段に供給される。比較手段および 平均化手段は通常マルチプレクサ３２を駆動するための１つの出力とスイッチ回 路３５を制御する他の出力とを有するコントローラ３４に組み込まれている。

実際の動作においては、コントローラ３４はマルチプレクサ３２にそれぞれの光 センサをスキャンさせ、得られた電気信号をＡ／Ｄコンバータ３３でデジタル信 号へと変換する。コンバータ３３からのデジタル信号列はコントローラ３４に蓄 えられ、比較される。光センサ１５Ｂおよび１５Ｄによって感知された環境光の レベルを示すデジタル信号はコントローラ３４によってスイッチングスレッショ ルドを設定するための平均値を決定するのに使われる。スイッチングスレッショ ルドはスイッチ感知手段１３Ａ、１３Ｂ、２３Ａおよび２３Ｂを有するスイッチ 領域の各々の正確なスイッチ動作を決定するために利用される。

従って、ユーザーが所望の光パイプ、例えば１３Ｂをふさいで環境光をさえぎれ ば、光が途切れたことは、光が弱くなったことを検出して電気信号が弱くなるこ とで表され、デジタル信号となってコントローラ３４へと伝達される。図３の参 考流れ図に従って、コントローラ３４は平均の光強度が所定のスイッチングスレ ッショルドよりも低いかどうか、およびそれが所定のディレィ、例えば１／４秒 を越えているかどうかを判断して、所望のスイッチ機能を動作させる。この所定 のディレィはコントローラ３４に対する命令を変更することによって簡単に調整 できる。また環境光の強さの平均値によって調整することも可能である。

図３は図２のコントローラの動作の詳細を流れ図で示したものである。最初のブ ロック４０１では環境光スレッショルド値をＯに初期化している。センサの順番 であるＮも０に初期化される。ブロック４０２ではセンサＮの出力を読み込む。

ブロック４０２で読み込まれたセンサＮの光強度はブロック４０３において環境 光スレッショルド値に加えられる。次のブロック４０４では次の光センサの出力 を読み込むためにＮを１つ増加させる。ここで最初の４つのセンサＮ＝０．　１ ゜２．３が複数の環境光感知手段を形成し環境光の強さを測定するとすれば、判 断ブロック４０５はＮが４に等しいかどうかを判断する。もしＮが４でないなら ば、４つのセンサが完全に環境光の強度を測定していないので、残りのセンサの 出力を読むためにブロック４０２へと処理が戻る。もし４つのセンサ全ての値が すでに読み込まれていれば、環境光の加算されたスレッショルド値がブロック４ ０３がらメモリに保存されているはずである。ブロック４０６の平均化工程では 、この値を環境光の平均を示すスレッショルド値を計算するために使用する。

判断ブロック４０７はこの環境光の平均値と所定の最低動作光量を表す電圧とを 比較する。もし環境光の平均値が所定のレベル以下の場合には、処理を続行する のに十分な環境光がないので処理は再び初期化される。

もしスレッショルド値が所定のレベルよりも大きく十分な光量があれば、処理は ブロック４０９へと移り、スイッチセンサの出力読みとり値およびカウンタＭは ０に初期化される。ブロック４１０はＮを４に設定する。この流れ図ではＮが４ ．５，６．７および８であるスイッチセンス手段はスイッチに当たる光の強さを 測定していると仮定する。センサＮの出力はブロック４１１において読み込まれ 、保存される。ブロック４１２ではあるセンサの現在の出力値を同じセンサの前 回の読み込み値に対して加える処理を行う。判断ブロック４１４は最後のセンサ の値が読み込まれたかどうかを判断する。しかしながらもしＮが９であれば、ブ ロック４１５においてカウンタＭは１増やされる。判断ブロック４１６は各セン サについて十分に出力値が取り込まれたかどうかを決定する。もしＭが３でなけ れば処理はブロック４１０へ戻る。カウンタＭを異なった整数値と比較すること で所望のディレィを得ることができる。もし十分な読み込みとディレィが行われ ていれば、Ｎはブロック４１７において４にリセットされる。ブロック４１８で は現在のセンサの読み込み値の平均を得るため読み取り値の合計を４で割る。ブ ロック４１９でＮを再び１増加させる。判断ブロック４２０は各々のスイッチセ ンサの読み込み値の平均が計算されたかどうかを判定する。もしＮが９でなけれ ば処理はブロック４１８へ戻る。もしＮが９であればＮはブロック４２１で４に リセットされる。

判断ブロック４２２は比較手段であり、センサＮの読み込み値の平均が前に得ら れた環境光の平均スレッショルド値よりも４・さいがどうかを判定する。もしセ ンサＮの読み込み値の平均が環境光のスレッショルドよりも小さいときは、セン サＮに対応するスイッチはブロック４２３においてオンになり、それに伴う特定 の機能が動作する。もしセンサＮの読み込み値がスレッショルドよりも小さがっ たら、処理はブロック４２４へ戻り、次のセンサがスレッショルドより下がどう か判定するためにＮは１増やされる。処理は判断ブロック４２５へと続き、比較 対象のセンサが残っていないかどうかを判定する。

もしＮが９なら、どのスイッチセンサも動作状態にはならずブロック４２６から 処理はぬける。しかしながらもしＮが９に等しくなければ処理はブロック４２２ へ戻る。

ここまで本発明はＣＭＯＳマイクロプロセッサとそれに付属するマルチプレクサ およびアナログ・デジタルコンバータを用いたデジタル回路の実施例によって説 明してきたが、本発明は図４に示されるような個別部品によっても構成可能であ る。説明と図面を簡略化するためにここでは２つの環境光センサが環境光を感知 するために用いられ、２つのスイッチセンサがスイッチ領域上の光の遮蔽または 減少を感知するために用いるものとして説明する。環境光センサからの出力は比 較器（コンパレータ）３８Ａ及び３８Ｂの正入力に供給される。一方、スイッチ センサからの出力は光量の減少を検出するために比較器３６Ａ及び３６Ｂの負入 力に供給される。最低動作光量に等しい電圧である絶対基準電圧は比較器３８Ａ および３８Ｂの負入力に参照電圧Ｖｒｅｆとして供給され、環境光センサからの 出力に対する比較の基準として用いられる。比較３８Ａ及び３８Ｂの出力はＯＲ ゲート４１で論理和され、ＯＲゲート４１の出力はＡＮＤゲート４２Ａおよび４ ２Ｂの入力に結合する。ＡＮＤゲートのこの入力がｒＨＩ　Ｇ　ＨＪであれば、 スイッチングに十分な量の環境光があることを表している。第１環境光センサか らの出力はオペアンプ４４の負入力に抵抗４０を介して接続されている。同様に 、第２環境光センサからの出力は同じ点に抵抗３９を介して接続されている。正 入力が接地されたオペアンプ４４に並列に接続された帰還抵抗４３は環境光の強 さの平均化回路として働く。

オペアンプ４４からの出力は基準電圧として比較器３６Ａ及び３６Ｂの正入力に 入力され、負入力に接続されたスイッチセンサからの出力と比較される。比較器 ３６Ａおよび３６Ｂからにの出力はＡＮＤゲート４２Ａおよび４２Ｂの第２人力 に供給される。ＡＮＤゲート４２Ａおよび４２Ｂの出力は、比較器３６Ａまたは ３６ＢからのｒＨＩＧＨＪの出力があるとき、つまりＯＲゲート４１からのｒＨ ＩＧＨＪの環境光出力と共にスイッチセンサにおいて光量が減少したことが検出 されたときにだけ動作状態になる。

例えばスイッチ領域に結合した追加の光感知手段に対する正確なスイッチングス レッショルドを得るために、複数の光検出手段として高感度のＰＩＮフォトダイ オードを使うことで本発明のスイッチシステムはユーザーのポケットの中や映画 館の中のような暗い部屋においてさえも正確なスイッチ操作を提供することがで きる。

さらにもしディスプレイ領域１４（図１）の照明として使用されているライトが 周囲の物体に、複数の光検出手段によって決定される最低動作光を越える十分な 量だけ反射すれば真暗な場所でもスイッチを機能させることが可能である。

ディスプレイ１６の照明はページャ内のスケルチ回路またはその他の図示されな い選択的信号デコード手段を監視することで自動的に動作する。つまりメツセー ジを受信すると照明がオンになり、メツセージ表示が終ったり、スケルチ回路が オーディオ出力をミュートすると照明はオフになる。このような本発明の他の特 徴によってユーザーは暗い場所で手動でページャを操作したり、照明をオンにし たりする手間かはぶけるという利点がある。

国際調査報告

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. １．スイッチシステムであって： 電子機器用のハウジング； 前記ハウジング内に環境光に対して露出するように取付けられる複数の環境光感 知手段； 前記複数の環境光感知手段に結合し環境光に応答して環境光感知信号を生成する 環境光感知回路手段； 前記環境光感知回路手段に結合し、前記複数の環境光感知手段に到達する環境光 の平均を表わす基準信号を生成する平均化回路手段；前記ハウジング内に環境光 に対して露出するように取付けられ、前記スイッチシステムの操作者が環境光を 遮蔽することが可能なスイッチ感知手段； 前記スイッチ感知手段に結合し、選択的な光の遮蔽に応答してスイッチ感知信号 を生成する遮蔽感知回路手段；前記平均化回路手段および遮蔽感知回路手段に結 合し所定のディレイの後に前記スイッチ感知信号と前記基準信号とを比較する比 較手段；および 前記比較手段に結合し、前記スイッチ感知信号と前記基準信号との比較に応答し てスイッチ機能を実現するスイッチ回路；からなることを特徴とするスイッチシ ステム。
2. ２．前記複数の環境光感知手段は光の強度を前記環境光感知回路手段のための電 圧に変換するフォトダイオードである、請求項１記載のスイッチシステム。
3. ３．前記複数の環境光感知手段は光パイプによって導かれた光の強度を前記環境 光感知回路手段のための電圧に変換するフォトダイオードである、請求項１記載 のスイッチシステム。
4. ４．前記複数の環境光感知手段は光パイプによって導かれた光の強度を前記環境 光感知回路手段のための電圧に変換するフォトダイオードであり、前記環境光感 知回路手段のための前記電圧はさらに増幅器によって増幅される、請求項１記載 のスイッチシステム。
5. ５．前記スイッチ感知手段は光パイプによって導かれた光の強度を前記遮蔽感知 回路手段のための電圧に変換するフォトダイオードである、請求項１記載のスイ ッチシステム。
6. ６．前記複数のスイッチ感知手段は光パイプによって導かれた光の強度を前記遮 蔽感知回路手段のための電圧に変換するフォトダイオードであり、前記遮蔽感知 回路手段のための前記電圧はさらに増幅器によって増幅される、請求項１記載の スイッチシステム。
7. ７．前記環境光感知回路手段、前記遮蔽感知回路手段、前記平均化回路手段、お よび前記比較手段は、前記複数の環境光感知手段の電圧レ　ベルとスイッチ回路 を選択するためのスイッチ感知回路の電圧レベルとを読み取って比較するマイク ロプロセッサによって実現される、請求項１記載のスイッチシステム。
8. ８．前記平均化回路手段および前記比較手段はソフトウェアプログラムに従って コントローラ内部で実行される、請求項１記載のスイッチシステム。
9. ９．前記環境光感知回路手段はアナログ・デジタルコンバータ内のマルチプレク サによって選択される前記複数の環境光感知手段のアナログ・デジタル変換を行 う、請求項１記載のスイッチシステム。
10. １０．前記遮蔽回路手段はアナログ・デジタルコンバータ内のマルチプレクサに よって選択されるスイッチ感知手段のアナログ・デジタル変換を行う、請求項１ 記載のスイッチシステム。
11. １１．前記環境光感知回路手段は所定の最低動作光量の電圧に対して前記複数の 環境光感知手段の電圧を比較する比較器である、請求項１記載のスイッチシステ ム。
12. １２．前記平均化回路は前記環境光感知回路手段に到達する環境光の平均値を示 す信号を生成するオペアンプである、請求項１記載のスイッチシステム。
13. １３．前記遮蔽感知手段は前記平均化回路手段に対して前記スイッチ感知手段を 比較する比較器である、請求項１記載のスイッチシステム。
14. １４．前記比較手段は、前記環境光感知回路手段の出力が前記所定の最低動作光 量の電圧を越えてさらに前記遮蔽感知回路手段が所定の時間間隔のあいだ光量が 減少していることを検出したときにだけ前記スイッチ回路を動作させるＡＮＤゲ ートである、請求項１記載のスイッチシステム。
15. １５．前記所定の最低動作光量の電圧を前記環境光感知回路手段の出力が越えな いときは前記比較手段は動作しない、請求項１記載のスイッチシステム。
16. １６．前記比較手段はハウジングライトの自動照明によって前記最低環境光電圧 が検出されなくても、前記最低動作光量の電圧を越える必要があるときは動作し 続ける、請求項１記載のスイッチシステム。
17. １７．スイッチシステムであって： 電子機器用のハウジング； 前記ハウジング内に環境光に対して露出するように取付けられ、前記スイッチシ ステムの操作者が環境光を遮蔽することが可能な複数のセンサ手段； 前記複数のセンサ手段に結合して環境光に応答して環境光感知信号を生成する環 境光感知回路手段； 前記センサ手段に結合し、前記複数のセンサ手段に到達する環境光の平均強さを 表わす基準信号を生成する平均化回路手段；前記センサ手段に結合し、選択的な 光の遮蔽に応答してスイッチ感知信号を生成する遮蔽感知回路手段； 前記平均化回路手段および遮蔽感知回路手段に結合し所定のディレイの後に前記 スイッチ感知信号と前記基準信号とを比較する比較手段；および 前記比較手段に結合し、前記スイッチ感知信号と前記基準信号との比較に応答し てスイッチ機能を実現するスイッチ回路；からなることを特徴とするスイッチシ ステム。