JPH10303722A - 光センシングタッチパネル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光電スイッチの駆動回路を低電力でかつ感度
の優れた同期方式の駆動回路で構成する。 【解決手段】 赤外線透過フィルタ１０の下面に、赤外
線発光素子１５を赤外線透過フィルタ１０に向け赤外線
が放射するように設置する。放射された赤外線がガラス
板６の上面に近接させた指１７により乱反射した反射光
を受光する赤外線受光素子１６を、赤外線発光素子１５
と並置して、光シールド材１１内に固定する。ここで、
赤外線発光素子１５を同期パルスで駆動し、受光する赤
外線受光素子１６では、同期パルスと同期して受光し、
非同期ノイズを除去するとともに、同期化した光電パル
ス信号を基準電圧と比較し、低レベルの同期ノイズを除
く。さらに、基準電圧を越え同期入力した外乱光は、外
乱光が同期パルスと複数回同期する確率が低いことを利
用して取り除く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光センシングタッ
チパネル装置に関し、より詳細には、センシング窓を有
するタツチパネルの下面に対をなす赤外線発光素子と赤
外線受光素子が並設され、前記タッチパネルの前記セン
シング窓部分に指を近接したとき、指により乱反射した
赤外線の受光に同期して情報を表示する光センシングタ
ッチパネル装置であり、工業測定装置の変換器等に好適
に利用される。

【０００２】

【従来の技術】流体工業においては、流量、圧力、温
度、粘度、密度等の測定装置が多用される。例えば、流
量を計測する流量計は、流管に接続され、流速に応じて
出力される物理量を検出して電気量に変換して瞬時流量
や、積算流量を演算表示する測定装置である。演算表示
部は大部分が流量計本体と一体に装着されており、通
常、変換器と呼ばれ、表示表面に表示内容を目視可能な
ガラス板を有している。従来、変換器は瞬時流量や積算
流量を演算表示していたが、近年、流量計の型式に関係
なく流量の演算回路を共通化して、型式変更に伴なう最
大流量や流量係数等のパラメータ設定回路を付加するこ
とにより、変換器の簡易化を計っている。このために、
流量表示とともにパラメータの設定内容も表示可能とな
っている。

【０００３】防爆型の流量計において、流量計本体と変
換器が一体になったものでは、変換器の表示部のガラス
板は防爆規格に従った厚さのガラス板が用いられ、しか
も現場での取り外しができない構造となっている。この
ためパラメータ設定のためには非接触で操作する必要が
ある。危険現場においての非接触な操作手段としては、
例えば、磁気的、光学的なスイッチ手段がある。

【０００４】磁気的な手段としては、磁気センサを用い
て回路の切換えを行うマグネットセンシング方式があ
る。しかし、この方式では、マグネットを一定ストロー
ク移動させたり、また、マグネットを手で持って所定位
置に近づける操作となるため、操作が煩雑である。これ
に対し光学的な手段は、指を反射体としたフォト・リフ
レクタ型のものが用いられ、例えば、ガラス板下面から
放射された赤外線を、ガラス板上面に近接させた指によ
り乱反射させ、該乱反射した赤外線の反射光を受光する
方式のものが、特開平７−７４６０９号公報に開示され
ている。

【０００５】特開平７−７４６０９号公報に記載の「光
電式フィンガ操作形キーボード装置」は、キーボード装
置と該キーボード装置の作動回路とで構成されている。

【０００６】キーボード装置は、赤外線透過性カバー
と、夫々１つの所属の操作有効信号を発生するための少
くとも２つのキーを備え、前記赤外線透過性カバーの下
面にキー毎に配置された赤外線光の送光器と受光器とが
配置され、各々は赤外線不透過性シールドにより隔離さ
れている。送光器は赤外線透過性カバーに向け赤外線光
を直角に集光するように配置され、受光器は、送光器か
ら放射され赤外線透過性カバーを透過した赤外線光が赤
外線透過性カバー上面の指により乱反射した乱反射光の
主ビーム領域内にあり、前記赤外線透過性カバーの上面
および内面によって反射された赤外線光は領域外にある
ように筒状のガイド内に収められている。このため受光
器の受光点は、カバー面に対し傾斜して取り付けられて
いる。

【０００７】一方、作動回路は、各々のキーに対し固有
の制御および検出回路を有している。前記制御および検
出回路は、各々のキー毎に、送光器駆動用スイッチを開
閉する異なる周波数の電流パルスを出力して、各々隣接
するキーの光干渉を防止している。また、各々のキーに
共通した周期で前記電流パルスより大周期のウィンドウ
パルスを発生し、更に、ウィンドウパルスの立下りに同
期したサンプリングパルスを発生させる。

【０００８】各々のキー毎の送光器は、前記電流パルス
と前記ウィンドウパルスで駆動される直列接続されたス
イッチを介して給電されるが、この給電は、目的とする
キーに指を近接したときに発生する指操作対応信号と、
指を近接した後最初に発生したウィンドウパルスよりｄ
ｔ時間遅れて発生するウィンドウパルスよりも短かいパ
ルス幅の２進信号と、前記サンプリングパルスのＡＮＤ
信号による操作有効信号により送光素子を非同期的に駆
動する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述した、従来の光電
式フィンガ操作形キーボード装置のキー毎に取り付けら
れている赤外線光の受光器は、赤外線透過性カバーの上
面にある指により乱反射した乱反射光の主ビーム領域内
にあり、赤外線透過性カバーの上面および内面によって
反射された赤外線光の領域外にあるように赤外線透過性
カバー面に一定角度傾斜して取り付けられている。この
ため、赤外線透過性カバーの厚さが一定の場合において
は、ＳＮ比の優れた乱反射光を検出可能であるが、カバ
ーの厚さが異なると乱反射光の主ビームの方向が変ると
ともに赤外線透過性カバーの上・下面での反射光の光路
が変化するため、減少した前記指からの乱反射光に赤線
透過性カバーの上・下面の反射光が加わり、受光器のＳ
Ｎ比が低下し誤動作のおそれがある。また、受光器の実
際の傾斜角の設定は、送光器の取り付け姿勢にも依存す
るので角度調整に時間を要する。

【００１０】また、作動回路は、各々のキー毎の電流パ
ルス周波数を異なる周波数とし、各々のキーに対応する
送光器から放射される赤外線光のパルス変調された光周
波数を変えることにより、互いに干渉することなく検出
可能としている。また、送光器の寿命を延ばすため、指
の近接と非同期的に出力する操作有効信号の間で出力す
る複数のウインドウパルス期間で、電流信号パルスによ
り送光器を駆動するようにしている。

【００１１】しかし、赤外線の送光器の寿命を延ばすと
いっても、送光器として、通常使用されるアルミニウム
ガリウムヒ素等のＬＥＤの室温における寿命は１０⁷時
間以上であり半永久的である。また、操作有効信号やウ
ィンドウパルスを構成することにより消費電力削減の効
果があるが、回路が複雑で、しかもキー毎の電流パルス
周波数を異なる周波数にする等の配慮が必要である。

【００１２】本発明は、上述した実情に鑑みなされたも
ので、光センシングタッチパネル装置を製作が容易で、
光電スイッチの駆動を低電力で、ＳＮ比の優れた同期方
式の作動回路とする新期な装置を提供することを目的と
する。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、複数
のセンシング窓および表示窓等を有する化粧板をガラス
板と赤外線透過フィルタの間に挟んだタッチパネルと、
該タッチパネルの下面に設けられ、前記ガラス板に向け
赤外線を放射する赤外線発光素子と、前記ガラス板上面
に指を近接することにより前記赤外線を乱反射させ、該
乱反射した赤外線を受光する赤外線受光素子と、前記赤
外線発光素子を収納する第一の部屋と、該第一の部屋と
並置され前記赤外線受光素子を収納する第二の部屋と、
前記赤外線発光素子をデューティ比０．１以下のパルス
信号で駆動し、パルス変調された前記赤外線の乱反射光
を、前記赤外線受光素子で前記パルス信号と同期して受
光し、パルス変調された光電信号を出力する光電スイッ
チ回路と、前記光電信号に基づいて前記センシング窓に
対応する情報を前記表示窓に表示する表示部とで構成し
たものである。

【００１４】請求項２の発明は、請求項１に記載の光セ
ンシングタッチパネル装置において、前記第一の部屋の
内面を赤外線吸収面、前記第二の部屋の内面を赤外線反
射面としたものである。

【００１５】請求項３の発明は、請求項１に記載の光セ
ンシングタッチパネル装置において、前記光電スイッチ
回路を、所定周期のパルス信号を出力するタイミングパ
ルス発生回路と、前記パルス信号により駆動され、前記
赤外線発光素子によりパルス変調された赤外線を放射
し、赤外線受光素子により前記パルス変調された赤外線
の前記指による乱反射光を受光し、該赤外線受光素子か
ら出力された光電信号と基準電圧とを比較し、該基準電
圧以上のレベルの前記光電信号を出力するコンパレータ
と、該コンパレータの出力を常時閉路し該コンパレータ
から出力した前記光電信号が所定数入力したとき開路す
るゲートを備えた信号処理回路で構成したものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明による光センジン
グタッチパネル装置の実施形態例を説明するための外観
斜視図であり、図中、１は光センシングタッチパネル装
置、２は外筐、３はキャップ、４は端子ボックス、５は
取付筒、６はガラス板、７はＬＣＤ（液晶）表示部、８
はセンシング窓である。

【００１７】図１に示す光センシングタッチパネル装置
１は流量計の変換器に適用した例であり、流量計本体
（図示せず）とは取付筒５を介して外筐２で取り付けら
れている。外筐２は一端面を開口した筒状体で、内部に
は演算表示回路（図示せず）が収納され、開口面には演
算された瞬時流量や積算流量、あるいは流量係数等のパ
ラメータが表示されるＬＣＤ表示部７、および該ＬＣＤ
表示部７に表示されるパラメータを非接触的に選択する
複数のセンシング窓８が設けられている。ＬＣＤ表示部
７およびセンシング窓８の外側面は防爆規格に従った厚
さのガラス板６で覆われ、該ガラス板６は開口３ａを有
する環状のキャップ３で気密に外筐２に封止されてい
る。なお、外筐２の外周面には端子ボックス４が設けら
れている。

【００１８】センシング窓８は、筐体２内に各々のセン
シング窓８に対応して設けられた一対の赤外線発光素子
と赤外線受光素子からなる指を反射体としたフォトリフ
レクタ型の光電スイッチを操作するために指を近接させ
る窓である。

【００１９】図２は、光センシングタッチパネル装置の
要部となる該光センシングタッチパネルの構成図であ
り、図中、９は化粧板、１０は赤外線透過フィルタ、１
１は光シールド材、１２は基板、１３は光反射板、１４
は吸収板、１５は赤外線発光素子、１６は赤外線受光素
子、１７は指であり、図１の場合と同様の作用をする部
分には、図１と同じ参照番号を付してある。

【００２０】図２に示した光センシングタッチパネル
は、耐圧防爆規格を満足する爆発及び外部衝撃に耐えら
れる強度の板厚が例えば５ｍｍ以上の無色透明のガラス
板６と、センシング窓８及びＬＣＤ表示部７を開口する
光不透過性の化粧板９と、規定以下の波長を遮断する赤
外線透過フィルタ１０が順に重ね合わせて配置し、該赤
外線透過フィルタ１０の下面側の光シールド材１１内に
対をなす赤外線発光素子１５と赤外線受光素子１６が並
置されている。光シールド材１１は、例えば、不透明の
樹脂形成材で、赤外線発光素子１５を設置する第一の部
屋１１ａと赤外線受光素子１６を設置する第二の部屋１
１ｂを有し、第一の部屋１１ａと第二の部屋１１ｂとの
間は赤外線発光素子１５から放射される赤外線を赤外線
受光素子１６が直接受光しないように遮断されている。
赤外線発光素子１５と赤外線受光素子１６は、発光，受
光方向がガラス板６の面に対し略直角となる姿勢で基板
１２上に取り付けられている。

【００２１】第一の部屋１１ａの内面は、赤外線を吸収
する吸収体１４又は高吸収性樹脂で覆われている。ま
た、吸収体１４の代わりに赤外線が吸収しやすい色、例
えば、黒としている。一方、第二の部屋１１ｂの内面は
赤外線を反射する反射板１３又は高反射性樹脂で覆われ
ている。また、反射板１３の代わりに、内面の色を赤外
線が反射しやすい色、例えば、白としても同等の効果を
得ることができる。

【００２２】上述した、光センシングタッチパネルにお
いて、指１７をガラス板６に近接しない状態では、赤外
線発光素子１５から放射された赤外線は、ガラス板６の
面にに対しある屈折角を持って通過し、ガラス板６によ
る反射物がないので赤外線受光素子１６に達することは
ない。指１７をガラス板６に近接すると赤外線は指１７
により乱反射する。乱反射した赤外線はガラス板６，赤
外線透過フィルタ１０を通過し、直接光及び反射板１３
で反射した反射光として赤外線受光素子１６に達する。
また、赤外線発光素子１５の発光端は集光レンズになっ
ており、かつ、部屋１１ａの内面に直接あたる赤外線を
吸収し、ガラス板６に対して直角方向の指向性が鋭くな
り、高ＳＮ比で指１７による乱反射した赤外線を検出す
ることができる。

【００２３】指１７により乱反射した赤外線を赤外線受
光素子１６で受光する場合、高ＳＮ比であることが必要
条件であるが、他の条件としては上述したフォトリフレ
クタ型の光センシングタッチパネルとしての消費電力が
小さいことがあげられる。高ＳＮ比で受光するために
は、図２に示すような光センシングタッチパネルを構成
することと、光センシングタッチパネルの駆動におい
て、赤外線発光素子１５を電流パルスで駆動してパルス
変調された赤外線を放射し、これを受光する赤外線受光
素子１６では、前記電流パルスと同期して非同期の外乱
光が入力しても動作しないようにし、且つ、同期した外
乱光の影響を取り除くことが必要である。なお、消費電
力を小さくするためには、前記電流パルスのデューティ
比を小さくすることが有効である。次に、上述の光セン
シングタッチパネルの駆動回路例を図３に示し図４に示
したタイムチャートにより、その動作を説明する。

【００２４】図３は、本発明による光センシングタッチ
パネル装置の光電スイッチの駆動回路例を説明するため
のブロック回路図であり、図中、２０は光電スイッチ駆
動回路、２１はプリアンプ、２２はバッファアンプ、２
３は基準電圧、２４はコンパレータ、２５は信号処理回
路、２６は出力回路、２７は発振器、２８はタイミング
発生回路、２９は赤外線発光素子（ＬＥＤ）駆動回路、
３０は定電圧電源である。

【００２５】図３において、発振器２７は、内蔵コンデ
ンサを定電流で充放電することにより基準発振出力を得
るもので、該基準発振出力は、タイミング信号発生回路
２８に入力され、所定周波数のタイミングパルス（以
下、同期パルスと記す）が出力される。該同期パルス
は、信号処理回路２５およびＬＥＤ駆動回路２９に入力
される。ＬＥＤ駆動回路２９に入力した同期パルスは、
駆動デューティ比が０.１以下の、例えば、１／１６に
整形され、電源Ｖｃｃに陽極を接続した赤外線発光素子
（ＬＥＤ）１５を定電流駆動し、整形された同期パルス
によりパルス変調された赤外線を放射する。

【００２６】指１７により乱反射した赤外線の反射光を
受光した赤外線受光素子１６からの光電流は、帰還抵抗
Ｒを有するプリアンプ２１で電圧変換増幅され、コンデ
ンサＣを介してバッファアンプ２２に入力し直流成分お
よび低周波の外乱光によるノイズ成分を除去し、ダイナ
ミックレンジを拡げるとともに信号検出感度を高めてい
る。また、コンデンサＣ結合することにより、低周波雑
音成分やプリアンプ２１のＤＣオフセットを除去してい
る。

【００２７】コンパレータ２４は、バッファアンプ２２
によりコンパレータレベルまで増幅した光電信号と基準
電圧２３とを比較し、コンパレータレベルのパルス信号
を出力する。なお、コンパレータ２４の回路にはヒステ
リシス機能が付加してあり、入力光の微少変動によるチ
ャタリングを防止している。

【００２８】コンパレータ２４から出力されたコンパレ
ータレベルのパルス信号は信号処理回路２５に入力され
る。信号処理回路２５は、前述の如く、タイミング発生
回路２８から出力された同期パルスを入力して、コンパ
レータレベルの入力信号以外で同期パルスと非同期の外
乱光の雑音が含まれているか否かを判別し、非同期の外
乱光による雑音性のパルスの出力を禁止する。また、同
期パルスと同期した外乱光に対しては、外乱光の入射タ
イミングと同期検出のタイミングが、連続して複数回一
致する確率が極めて小さいことを利用して、同期外乱光
であるか否かを選別している。例えば、同期パルスと同
期外乱光が３回連続して発生する確率は殆んど零である
ことを利用して同期外乱光の有無を検出している。

【００２９】従って、コンパレータ２４からの信号が、
信号処理回路２５に同期パルスと同期したパルス信号が
３個以下の入力の場合は、信号処理回路２５に設けられ
たゲートを閉じて出力させず、３個以上のパルス信号が
信号処理回路２５に入力されたときはゲートを開き出力
回路２６に出力し、ＯＵＴ端子から出力する。

【００３０】図４は、本発明の光センシングタッチパネ
ル装置の動作を説明するためのタイムチャートであり、
図中、図４（Ａ）は図３のタイミング発生回路２８から
出力される同期パルス、図４（Ｂ）はセンシング窓８に
指１７を近接した近接時間を“Ｈ”レベルで表わしたチ
ャートで、図４（Ｃ）は、コンパレータ２４から信号処
理回路２５に入力する信号パルスで、図４（Ｄ）は端子
Ｖoutからの出力信号である。

【００３１】図４のタイムチャートを図３に基づいて説
明する。まず、図４（Ａ）に示す同期パルスはタイミン
グ発生回路２８から出力し、ＬＥＤ駆動回路２９に入力
して駆動デューティ比１／１６に整形されて赤外線発光
素子１５を駆動し、パルス変調された赤外線を放射して
いる。ここで、時間ｔ₀においてガラス板６に操作の目
的に応じて指１７をセンシング窓８に近接し、時間ｔ₂
まで近接を継続する（図４（Ｂ））。

【００３２】パルス変調された赤外線は、指１７により
乱反射し、図３の破線に従って放射され赤外線受光素子
１６により受光される。赤外線受光素子１６で光電変換
された光電流はプリアンプ２１で電圧に変換し増幅さ
れ、バッファアンプ２２でコンパレータレベルまで増幅
し、コンパレータ２４で基準電圧２３と比較し、コンパ
レータレベルの検出信号パルスを信号処理回路２５へ出
力する。信号処理回路２５は、コンパレータ２４から出
力された検出信号パルスと同期パルスとの同期一致数ｎ
を計算し、同期一致数ｎ＝３が得られる（図４（Ｃ））
と、同期外乱光の入力はないものと判断し、次のｎ＝４
の同期パルスが出力されるｔ₁時間に出力回路２６から
出力信号（図４（Ｄ））が立ち上がり、指１７の近接が
終了するまでのｔ₁〜ｔ₂時間で出力される。

【００３３】

【発明の効果】請求項１に対応する効果：光センシング
タッチパネル装置の光電スイッチを、 指を反射体とする赤外線を用いたフォトリフレクタ型と
し、赤外線発光素子と赤外線発光素子を駆動する駆動回
路は、赤外線を放射するための駆動パルスと同期して指
により乱反射された赤外線を検出するようにしたので、
非同期の外乱信号を対し応動することなく高感度で指近
接による検出信号を検出することができる。更に、駆動
信号パルスのデューティ比を０.１以下としたので低い
消費電力で駆動することが可能となる。

【００３４】請求項２に対応する効果：請求項１に記載
の光センシングタッチパネル装置において、赤外線発光
素子を設置する第一の部屋の内壁を赤外線吸収面とした
ので、赤外線発光素子の指向性を均一でかつ鋭くするこ
とができるので、安定した感度を得ることができる。ま
た、赤外線受光素子を設置する第二の部屋の内壁を赤外
線反射面としたので、乱反射した赤外線の赤外線受光素
子への集発光率が増加し、検出感度が向上する。

【００３５】請求項３に対応する効果：請求項１に記載
の光センシングタッチパネル装置において、赤外線を放
射するための駆動パルスと同期して、指により乱反射さ
れた赤外線を検出する光電スイッチの駆動回路に、タイ
ミングパルス発生回路と、コンパレータと、信号処理回
路とを設けたので、非同期の外乱信号を取り除くととも
に、コンパレータより低レベルの同期外乱信号が取り除
かれる。更に、信号処理回路により、同期した検出信号
パルスがｎ個（ｎ＝３）出力するまでゲートを開かない
ようにしたので、高レベルの同期外乱信号を除去するこ
とができ、高い信頼性の光センシングタッチパネル装置
とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による光センジングタッチパネル装置
の実施形態例を説明するための外観斜視図である。

【図２】 光センシングタッチパネル装置の要部となる
光センシングタッチパネルの構成図である。

【図３】 本発明による光センシングタッチパネル装置
の光電スイッチの駆動回路例を説明するためのブロック
回路図である。

【図４】 本発明の光センシングタッチパネル装置の動
作を説明するためのタイムチャートである。

【符号の説明】

１…光センシングタッチパネル装置、２…外筐、３…キ
ャップ、４…端子ボックス、５…取付筒、６…ガラス
板、７…ＬＣＤ（液晶）表示部、８…センシング窓、９
…化粧板、１０…赤外線透過フィルタ、１１…光シール
ド材、１２…基板、１３…反射板、１４…吸収板、１５
…赤外線発光素子、１６…赤外線受光素子、１７…指、
２０…光電スイッチ駆動回路、２１…プリアンプ、２２
…バッファアンプ、２３…基準電圧、２４…コンパレー
タ、２５…信号処理回路、２６…出力回路、２７…発振
器、２８…タイミング発生回路、２９…赤外線発光素子
（ＬＥＤ）駆動回路、３０…定電圧電源。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のセンシング窓および表示窓等を有
   する化粧板をガラス板と赤外線透過フィルタの間に挟ん
   だタッチパネルと、該タッチパネルの下面に設けられ、
   前記ガラス板に向け赤外線を放射する赤外線発光素子
   と、前記ガラス板上面に指を近接することにより前記赤
   外線を乱反射させ、該乱反射した赤外線を受光する赤外
   線受光素子と、前記赤外線発光素子を収納する第一の部
   屋と、該第一の部屋と並置され前記赤外線受光素子を収
   納する第二の部屋と、前記赤外線発光素子をデューティ
   比０．１以下のパルス信号で駆動し、パルス変調された
   前記赤外線の乱反射光を、前記赤外線受光素子で前記パ
   ルス信号と同期して受光し、パルス変調された光電信号
   を出力する光電スイッチ回路と、前記光電信号に基づい
   て前記センシング窓に対応する情報を前記表示窓に表示
   する表示部とからなることを特徴とする光センシングタ
   ッチパネル装置。
2. 【請求項２】 前記第一の部屋の内面を赤外線吸収面、
   前記第二の部屋の内面を赤外線反射面としたことを特徴
   とする請求項１に記載の光センシングタッチパネル装
   置。
3. 【請求項３】 前記光電スイッチ回路を、所定周期のパ
   ルス信号を出力するタイミングパルス発生回路と、前記
   パルス信号により駆動され、前記赤外線発光素子により
   パルス変調された赤外線を放射し、赤外線受光素子によ
   り前記パルス変調された赤外線の前記指による乱反射光
   を受光し、該赤外線受光素子から出力された光電信号と
   基準電圧とを比較し、該基準電圧以上のレベルの前記光
   電信号を出力するコンパレータと、該コンパレータの出
   力を常時閉路し該コンパレータから出力した前記光電信
   号が所定数入力したとき開路するゲートを備えた信号処
   理回路で構成したことを特徴とする請求項１に記載の光
   センシングタッチパネル装置。