JPS60206220A - 入力装置 - 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】 ［技術分野］ 本発明は、光学的にキー操作等の入力情報を読み取る入
力装置に関し、特に反射型光学センサを用いた非接触タ
イプの入力装置に関する。

［従来技術］ 電子機器に対して動作指示を与える入力装置には、一般
にキースイッチ、可変抵抗器等の機械的接点を有するも
のが用いられている。しかしながらこの種の入力装置で
は経時変化により接触不良やノイズを生じ易いため、長
期間にわたる信頼性の確保が難しい。

（目的］ 本発明は、信頼性が高く様々な用途に利用しうる。新し
い非接触タイプの入力装置を提供することを目的とする
。

［構成］ 上記目的を達成するため１本発明においては複数の発光
素子と複数の受光素子を互いに実質上同一の方向に光軸
が向くように配置して、複数の反射型光学センサを構成
し、これらの光学センサを順次選択し、それらの出力レ
ベルを監視して入力の有無、方向等の情報を読み取る。

光学センサの場合、例えば電灯光のような外部からの光
を受けると、それがノイズになって正確に人力情報を読
み取るのが難しくなる。そこで本発明の１つの好ましい
態様においては、発光素子を間欠的に付勢するとともに
、発光素子を付勢するタイミングで得られる受光レベル
と発光素子を消勢するタイミングで得られる受光レベル
との差を判定して入力情報を読む。これによれば、受光
レベルに電灯光のレベルが重畳していても、電灯光の点
滅周期よりも十分短い周期で発光素子を付勢することに
より、受光信号からノイズ成分製排除して入力情報に応
じた信号成分のみを抽出しうる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１ａ図、第１ｂ図および第１ｃ図に、自動車のカーラ
ジオ用入力装置を示す。この入力装置は、フットスイッ
チとして使用される。つまり、足で入力操作を行なうこ
とになる。オートマチック車の場合、一方の足は運転に
利用されずおいているので、その足で操作しうる位置に
このフットスイッチを配置する。第１ａ図に示すのが表
面のパネル１である。このパネル１は透明な材料の表面
に着色を施したものであるが、赤外線に対しては光を透
過するようになっている。この入力装置は、入力部とし
てラジオの電源のオン／オフを操作するオンオフキ一部
ＫＯＮ、ＦＭバンドを選択するＦＭキ一部ＫＦＭ、ＡＭ
バンドを選択するＡＭキ一部ＫＡＭ、選局キ一部ＫＦＱ
および音量キ一部ＫＶＬを備えている。各部のパネルｌ
の下方に、第１ｂ図に示すように、多数の反射型センサ
ＰＨ８（この例では７６個）が配置されている。各々の
反射型センサＰＨ８は、赤外線センサであり、第１ｃ図
に示すように、１つの発光ダイオードＬ、　ＦＤと１つ
のフォトトランジスタＰＴでなっている。

これらの発光ダイオードＬＥＤおよびフォトトランジス
タＦＴは、薄いプリント基板２に装着され、端子はプリ
ント基板２の上の導体に電気的に接続されている。３は
絶縁体でなるカバーである。

第２図に、この入力装置の電気回路の構成を示す。第２
図を参照して説明する。この例では入力装置の制御用に
マイクロコンピュータＣＰＵを用いている。ＲＸがカー
ラジオである。発振器Ｏ８Ｃは、発光ダイオードＬＥＤ
を点滅させるためのタイミング信号を発生するためのも
のであり、この例ではＩＫＨｚでデユーティが５０％の
方形波信号を出力する。

また、この例では互いに少し位相のずれた２種の信号Ｐ
αおよびＰβを発生するようになっている。

信号ＰαはマイクロコンピュータＣＰＵの入力ボートＰ
Ｏにも印加され、信号Ｐβは入力ポー１−ＰＩＫ印加さ
れる。発光付勢回路ＬＥＵは、第３ａ図に示すように、
前記多数の発光ダイオードＬ’ＥＤとそれを付勢制御す
るトランジスタでなっている。

発光付勢回路ＬＥＵは、信号Ｐαが印加されると。

それに応じて各発光ダイオードＬＥＤを間欠的に付勢ス
る。前記複数のフォトトランジスタＰＴとそれらに接続
される抵抗器でなる受光ユニットはＰＵＩ−ＰＵＩＯの
ｌＯユニッ１−に分割されている。各々の受光ユニット
ＰＵＩ〜ＰＵＩＯの信号出力端子に、それぞれアナログ
マルチプレクサＭＰＸ　１−ＭＰＸ　１０の信号入力端
子が接続されている。

アナログマルチプレクサＭＰＸＩ〜ＭＰＸＩＯの制御入
力端子は、互いに共通に接続され、マイクロコンピュー
タＣＰＵの出力ポートＰ２に接続されている。１０個の
アナログマルチプレクサＭＰＸＩ−ＭＰＸＩＯの出力端
子は、アナログマルチプレクサＭＰＹのそれぞれ異なる
信号入力端子に接続されている。アナログマルチプレク
サＭＰＹの制御入力端子は、マイクロコンピュータＣＰ
Ｕの出力ポートＰ３に接続されている。

アナログマルチプレクサＭＰＹの信号出力端子はＡ／Ｄ
　（アナログ／デジタル）変換器ＡＤＣの信号入力端子
に接続されている。カーラジオＲＸは、電子チューナＴ
Ｕ、可変利得増幅器ＶＧＡ、電力増幅器ＰＡ等でなって
いる。電子チューナＴＵには、同調周波数の上げ／下げ
を指示する信号ラインＳｓおよびＡＭ／ＦＭのバンド選
択を指示する信号ラインｓｂが備わっている。

可変ゲイン増幅器ＶＧＡには、その増幅度を指定する信
号ラインＳｇが備わっている。またカーラジオＲＸには
電源のオン／オフを指示する信号ラインＳｐが備わって
いる。各信号ラインＳｓ、Ｓｂ、Ｓｇおよびｓｐが、そ
れぞれマイクロコンピュータＣＰＵの出力ポートＰ５．
Ｐ６．Ｐ７およびＰ８に接続されている。

カーラジオＲＸの可変ゲイン増幅器ＶＧＡの椿成を第３
ｂ図に示す。第３ｂ図を参照すると、この実施例では演
算増幅器ＯＰＩの増幅度を決定する入力側の抵抗器Ｒ１
，Ｒ２，Ｒ３およびＲ４を、アナログスイッチＡｓで選
択することにより、４ビツトすなわち１６種類の増幅度
設定を可能にしている。アナログスイッチＡｓの各制御
ラインは、インバータＩＮＩ、ＩＮ２．ＩＮ３およびＩ
Ｎ４を介してそれぞれマイクロコンピュータＣＰＵの出
力ポートＰ７に接続されている。

第２図に示す音声合成装［ＶＳＵは、マイクロコンピュ
ータＣＰＵの出力ポートＰ９から指示を受けると、その
内部にデジタル情報として予め記憶された音声情報を合
成し、所定の音声信号を発生する。

この入力装置に備わった光学センサＰＨ８は反射型なの
で、入力操作がない時には各フォトトランジスタＰＴに
発光ダイオードＬＥＤからの光が受光されない。しかし
、パネル１上の各キー人力部ＫＦＭ、ＫＡＭ、ＫＶＬ、
ＫＦＱおよびＫＯＮに例えば手の指を近づけるど、それ
によって発光ダイオードＬＥＤから出る光が反射し、こ
の光がフォト１〜ランジスタＰＴで受光される。この入
力装置においては自動車のフットスイッチとして使用さ
れるので電灯光等の外来光が受光される可能性は小さい
が、もしこの装置が屋内で使用されても正常に動作しう
るように、この実施例では外来光の影響を消去する機能
が備わっている。

すなわち、電灯光等の外来光を受光しうる位置にこの装
置がある場合、フォトトランジスタＰＴの出力端子には
、第３ｃ図に示すようにＩＫＩ（ｚの交流信号（反射波
による信号成分）と外来光の影響による不要波どが重畳
した信号が現われる。従って、この信号レベルの高低を
そのまま特定のしきい値しＸルで判定すると誤検出をす
る可能性がある。

そこで、この実施例においては、発振器ｏＳＣからの発
光付勢信号（Ｐα）に同期して１発光ダイオード付勢タ
イミングでの受光レベルＶＨと発光ダイオード消勢タイ
ミングでの受光レベルＶＬとの差、すなわち反射波のみ
の受光レベルを抽出してこれを所定のしきい値と比較し
ている。なお、タイミングの検出に２相の信号Ｐαおよ
びＰβを用いているのは、発光付勢信号Ｐαをセットし
てからそれに応じた信号レベルがフォトトランジスタＦ
Ｔの出力端子に現われるまでに少し時間がかかるためで
ある。

第４ａ図および第４ｂ図に、マイクロコンピュータＣＰ
Ｕの概略動作を示す。まず第４ａ図を参照して概略動作
を説明する。この入力装置の電源がオンすると、出力ポ
ートを初期レベルにセットし、メモリをクリアする。次
いで入力読取サブルーチンを実行し、入力の有無を判別
してその結果に応じた処理を行なう。

第４ｂ図を参照して入力読取サブルーチンを説明する。

概略でいうと、このサブルーチンでは全てのセンサＰ　
ＨＳを順次選択してそれらの出力レベルを読み、その結
果を所定のメモリに格納する。

各フォトトランジスタＰＴは、アナログマルチプレクサ
ＭＰＸ　１〜ＭＰＸＩＯおよびＭＰＹを介してＡ／Ｄ変
換器ＡＤＣの入力端子にマトリクス状に接続されている
ので、マイクロコンピュータＣＰＵの出力ポートＰ２お
よびＰ３に所定の選択データをセラ１へすることにより
、任意のフォトトランジスタを選択的にＡ／Ｄ変換器に
接続することができる。

第４ｂ図のサブルーチンにおいては、発光ダイオードＬ
ＥＤの付勢時にフォトトランジスタＰＴの出力レベルＶ
Ｈを読み取るための選択データＤＸおよびＤＹをそれぞ
れアドレスカウンタＡＸおよびＡＹに記憶し１発光ダイ
オード消勢時のレベルＶＬを読み取るための選択データ
ＤＸおよびＤＹをそれぞれアドレスカウンタＢＸおよび
ＢＹに記憶している。

これらのアドレスカウンタＡＸ、ＡＶ、ＢＸおよびＢＹ
の内容をまず初期値にセットする。次に。

タイミングをチェックしてそれに応じた動作をする。入
力ポートｐｔおよびＰＯが共に高レベルＨであると、第
３Ｃ図に示すように発光ダイオード付勢時のレベルＶＨ
がＡ／Ｄ変換器ＡＤＣに印加されていることになる。こ
の場合、出力ポートＰ２およびＰ３にそれぞれアドレス
カウンタＡＸおよびＡＶの内容をセットして、Ａ／Ｄ変
換器ＡＤＣに変換を指示する。

変換データが得られたら、その値を、アドレスカウンタ
ＡＸおよびＡＶの内容に応したアドレスの変換結果メモ
リ（Ａグループ）に格納する。アドレスカウンタＡＸお
よびＡＶの内容を更新して、次に選択するフォトトラン
ジスタを決定する。アドレスカウンタＡＸおよびＡＹの
内容が最終値を越えていなければ、入カポ−＋−ｐ　ｏ
が高レベルＨであることを確認してから次のフォ１−１
−ランジスタの出力レベルを読み取りその結果をメモリ
に格納する、という動作を繰り返す。

入力ポートＰＯが低レベルＬに反転したら、レベルＶＨ
を読み取るタイミングが終了したと判定し。

レベルＶＬを読み取るルーチンに進む。すなわち、まず
アドレスカウンタＢＸおよびＢＹの値が最終値を越えて
いないことを確認した後、入力ポートＰ　１およびＰＯ
が共に低レベルＬになるのを待ち、これを確認したら、
出力ポートＰ２およびＰ３にそれぞれアドレスカウンタ
ＢＸおよびＢＹの内容をセラ１〜し、Ａ／Ｄ変換器ＡＤ
Ｃに変換を指示する。変換データが得られたら、そのデ
ータをアドレスカウンタＢＸおよびＢＹの内容に応じた
アドレスの変換結果メモリ（Ｂグループ）に格納する。

アドレスカウンタＢＸおよびＢＹの内容を更新し、これ
らが最終値を越えていなければ、入カポ−１−ＰＯが低
レベルであることを確認し１選択されたフォト１−ラン
ジスタの出力レベル読み取りを行ない、そのデータをメ
モリに格納する、という動作を繰り返す。

アドレスカウンタＡＸ、ＡＹおよびＢＸ、ＢＹが共に最
終値を越えると、つまり全てのフォトトランジスタにつ
いてレベルＶＨとレベルＶＬの読み取りが終了すると、
アドレスカウンタＣＮＴに初期値をセットし、Ａグルー
プの変換結果メモリおよびＢグループの変換結果メモリ
の、アドレスカウンタＣＮＴの値で指示されるデータ、
すなわちＶＨおよびＶＬのデータを読み出し、それらの
差をめる。

その結果を参照値と比較し、ＶＨ−ＶＬが参照値よりも
大きければＩＩ　ｌ　＃ｌを、そうでなければＩＩ　Ｏ
ＩＩを、それぞれ人カバソファメモリの所定ビットにセ
ットする。次にアドレスカウンタＣＮＴＯ値を更新し、
ＣＮＴの値が最終値を越えるまで上記動作を繰り返す。

これで、入カバソファメモリには、全てのフォトトラン
ジスタについて反射光の成分が所定レベル以上か否かに
応じたビットデータが格納されることになる。従って、
このメモリの内容を見れば、パネル１上の所定のキー操
作部に足等があるか否かを判別しうる。

もう１度第４ａ図に戻って説明する。久方読取サブルー
チンが終了すると、入力バッファメモリの内容と前回の
入力読取処理によって得られたデ−タとを比較する。前
回のデータは、旧データメモリに格納されている。入力
バッファメモリの内容と旧データメモリの内容が１ビツ
トでも異なる場合には、入力操作があったものど見なし
て、次の入力判別処理に進む。

人力判別処理においては、入力バッファメモリの内容と
旧データメモリの内容とが異なるデータビットの、アド
レスおよびビット位置から、入力操作のあったことを検
出したフォトトランジスタを判別し、その結果に応じて
処理を選択する。

入力操作のあったことを検出したフォトトランジスタが
、オンオフキ一部ＫＯＮに属する場合には、オン／オフ
フラグＦ１の状態を反転、つまりそれが１１０　ＩＩの
場合にはＨＩ　ＩＩにセットしＩＩ　１７１の場合には
”０″にクリアする。そして、オン／オフフラグＦ１の
状態に応じて出力ポートＰ８の状態をセットする。従っ
て、それまでカーラジオＲＸの電源がオフ（ＦｌがＩＩ
　ＯＩＮ　）であった場合には電源がオンし、電源がオ
ンであった場合には電源がオフに設定される。

入力操作のあったことを検出したフォトトランジスタが
ＦＭキ一部ＫＦＭに属する場合には、音声合成装［ＶＳ
Ｕにｔ＋　Ｆ　Ｍ　ｌ＋と音声出力するように指示し、
ＦＭ／ＡＭフラグＦ２にＩＩ　Ｉ　ＩＩをセラ１−シ、
出力ポートＰ６をフラグＦ２に応じた状態にセットして
バンド選択を行なう。また同様に、ＡＭキ一部ＫＡＭに
属するフォトトランジスタの場合には音声合成装置ＶＳ
Ｕに”　Ａ　Ｍ　”と音声出力するよう４二指示し、Ｆ
Ｍ／ＡＭフラグＦ２にＩＩ　ＯＩＩをセットし、出力ポ
ートＰ６をプラグＦ２に応じた状態にセットしてバンド
選択を行なう。このように音声で選択したバンドを知ら
せるのは、この入力装置がフットスイッチであり、操作
しているキーが目で確認できないためである。

入力操作のあったことを検出したフォト１−ランジスタ
が選局キ一部ＫＦＱに属する場合には、更に操作方向を
識別する。つまり、今回入力操作を検出したフォトトラ
ンジスタの位置と前回入力操作を検出したフォトトラン
ジスタの位置のちがいを、メモリアドレスおよびビット
位置から判別し、それが上方に変化したか下方に変化し
たかを判別する。

上方向移動なら、周波数を上げる方向に選局を変える指
示があったものと見なし、上方向選局走査パルスを１つ
出力ポートＰ５に出力し、下方向移動なら、周波数を下
げる方向に選Ｒｋ変える指示があったものと見なし、下
方向選局走査パルスを１つ出力ボート１コ５に出力する
。カーラジオＲＸのチューナＴＵは、上方向選局走査パ
ルス又は下方向選局走査パルスが到来すると、次の局が
見つかるまで、上方向又は下方向に自動的に同調周波数
を変える。

入力操作のあったことを検出したフォトトランジスタ 同様に操作方向を判別する。但し，この場合には方向が
左又は右方向である。右方向移動なら音量増大指示と見
なして音量レジスタＲＶの内容を＋１し、左方向移動な
ら音量減小指示と児なしてＲ■の内容を−１する。続い
てレジスタＲＶの内容を出力ポートＰ７にセットする。

これで、可変利得増幅器ＶＧＡのゲインが更新され、カ
ーラジオＲＸの音量が増大又は減少する。

第４ｃ図に、マイクロコンピュータＣＰＵの使用するメ
モリの割当ての概略を示す。

上記実施例においては、アナログ信号レベルを多値判定
するＡ／Ｄ変換器を用い、更に発光ダイオードの付勢時
と消勢時のデータをサンプリングして、反射波レベルの
判別をマイクロコンピュータＣＰＵで行なっているが、
例えば第５図に示すようなアナログ回路でも同様の機能
を実現しうる。

第５図を参照すると、この回路では２つのサンプルホー
ルド回路ＳＨＩおよびＳ　Ｈ　２を用いてこれらにそれ
ぞれレベルＶＨおよびＶＬを保持させ、その差をアナロ
グ比較器ＯＰ４で参照レベルＶｒと比較することにより
、入力の有無を示す２値データが得られるように構成さ
れている。演算増幅器ＯＰ２およびＯＦ２は、それぞれ
反転増幅器および加算器として動作する。但し、この例
では信号Ｐβの立ち上がりエツジおよび立ち下がりエツ
ジでのみ信号レベルのサンプリングを行なうので、全て
のセンサの出力レベルを読み取るシこばかなりの時間を
要する。

また、実施例では発光ダイオードの付勢の有無シー同期
して信号レベルをサンプリングし、これによって反射波
成分を抽出しているが１例えば第６図に示すように、反
射光をせずしかも他のセンサの受光装置と同様に外来光
を受光する補償用の受光装［ＰＴＥを用い、これの出力
するレベルと他のセンサの出力レベルとの差を判別する
構成にしても上記と同様の結果が得られる。

なお、外来光の影響を避けるための手段としては、」二
記の他に、例えばフォトトランジスタの数に対して発光
ダイオードの数を増やして反射光レベルを上げ外来光の
影響が結果的に呪われないようにする方式、アナログ信
号回路に（ＩＫＨｚの）バンドパスフィルタを挿入する
方式、パネルの表面に外来光を遮断する覆いを操作部分
の空間を残して設ける方式等が考えられる。

上記実施例では、カーラジオ用の操作部として使用しう
るフットスイッチの場合を説明したが、本発明の入力装
置は、例えばコンピュータのカーソル移動指示用入力装
置として使用することもできる。また、更に多くのセン
サを所定間隔で７１−リクス状に配置すれば、タブレッ
ト装置のような座標入力装置としても使用しうる。

［効果］ 以上のとおり、本発明の入力装置は薄板状に構成でき、
しかも特別な操作部の突起がないので自動車等の狭いス
ペースにも配置できるし、４Ｓ械的接点がないので高期
間にわたって高い信頼性を維持しうる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は実施例の入力装置を示す平面図、第１ｂ図は
パネル１を外した状態を示す平面図、第１ｃ図は第１ａ
図のＩ　ｃ　−Ｉ　ｃ線拡大断面図である。 第２図は、第１ａ図の入力装置の電気回路を示すブロッ
ク図である。 第３ａ図は第２図の発光付勢回路ＬＥＵの構成を示す電
気回路図、第３ｂ図は第２図の可変利得増幅器ＶＧＡの
構成を示す電気回路図、第３ｃ図は第２図に示す回路の
所定部分の信号波形の例を示す波形図である。 第４ａ図および第４ｂ図は第２図に示すマイクロコンピ
ュータＣＰＵの概略動作を示すブローチャー１へ、第４
ｃ図はマイクロコンピュータＣＰＵのメモリマツプであ
る。 第５図および第６図は、それぞれ本発明の他の実施例を
示す電気回路図である。 ｌ：パネル　２ニブリント基板 ３：カバー ＬＥＤ：発光ダイオード（発光手段） ＰＴ：フォトトランジスタ（受光手段）ＯＳＣ：発据器
（付勢手段） ＭＰＸＩ〜ＭＰＸ　１０．ＭＰＹ　：アナログマルチプ
レクサ（選択手段） ＣＰＵ：マイクロコンピュータ（電子制御手段）ＲＸ：
カーラジオ ＰＨ８：反射型センサ（ＬＥＤ＋ＰＴ）ＡＤＣ：Ａ／Ｄ
変換器　ｖＳＵ：音声合成装置ＡＳ：アナログスイッチ ＰＵＩ〜ＰＵＩＯ：受光ユニット ＶＧＡ：可変利得増幅器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の発光手段； 前記発光手段の近傍に該発光手段と実質上同一の方向に
   光軸を向けて配置した複数の受光手段； 前記発光手段を付勢する付勢手段； 前記受光手段の出力を選択する選択手段；および 前記選択手段を制御して受光手段を順次選択するととも
   に、該選択手段が出力する信号のレベルを判定して入力
   の有無を判別し、その結果に応じた信号を出力する電子
   制御手段； を備える入力装置。
2. （２）付勢手段は間欠的に発光手段を付勢し、電子制御
   手段は、発光手段の付勢タイミングで検出する信号レベ
   ルと発光手段の消勢タイミングで検出する信号レベルと
   の差を判定して入力の有無を判別する。前記特許請求の
   範囲第（１）項記載の入力装置。
3. （３）電子制御手段は、前記発光手段からの光を受光し
   ない位９１４：配置された少なくとも１つの補償用受光
   手段を備え、該補償用受光手段と前記受光手段とが出力
   するレベルの差を判定して入力の有無を判別する。前記
   特許請求の範囲第（，１）項記載の入力袋Ｗ１゜
4. （４）電子制御手段は、少なくとも一部の受光手段に対
   しては、入力有のレベルを出力する受光手段の位置変化
   を検出して、入力の有無と方向の人力情報を生成する、
   前記特許請求の範囲第（１）項。 第（２）項又は第（３）項記載の入力装置。