WO2011064860A1

WO2011064860A1 - 光学式スイッチ

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Publication number: WO2011064860A1
Application number: PCT/JP2009/069936
Authority: WO
Inventors: 直樹西尾; 弘一中林; 大介田嶌; 義人今井
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2009-11-26
Filing date: 2009-11-26
Publication date: 2011-06-03
Also published as: JP5461578B2; JPWO2011064860A1

Abstract

　光学式スイッチ（５０）は、オン時光量とオフ時光量との差分を算出しサンプリングデータを生成する減算器（２１）と、サンプリングデータのうち第１の周波数を超える高周波数成分を排除することにより、正常操作より所定速さだけスピードの速い操作を除外するローパスフィルタ（２３）と、サンプリングデータのうち第１の周波数より所定幅低い第２の周波数以下の低周波成分を排除することにより、正常操作より所定速さだけスピードの遅い操作を除外するハイパスフィルタ（２５）と、残るサンプリングデータを予め設定した比較基準電圧（Ｓ）と比較し、比較基準電圧（Ｓ）より大きいとき操作有とし、比較基準電圧（Ｓ）以下のとき操作無しとする比較器２７とを備えている。

Description

光学式スイッチ

　本発明は、発光素子から透過窓に向けて検出光を発光し、透過窓を塞ぐ指などの操作体で反射した光を受光素子にて受光したときに入力操作が実行されたものとする機器操作用の光学式スイッチの関するものである。

　機器操作用スイッチの中で、浴室や屋外に設置される機器の操作スイッチは、長期間にわたる防水性や耐候性が要求される。そのため、例えば浴室設置の機器操作用スイッチにおいては、タクトスイッチを並べた操作基板をポリエステルフィルムが貼られた操作パネルに装着し、構造体を防水構造とする方法が一般的であるが、この方法は高価である。

　一方、屋外設置の機器操作用スイッチは、上記浴室用のものと比較して長期耐久性ならびに耐外力性が更に要求されることから、外界からの影響を軽減するために、タクトスイッチを設けた操作パネル面に、さらに扉をつけて２重構造とするなど、構造が複雑になるとともに外観デザインの制限が大きく、また操作性も悪かった。

　そこで、このような機器用の操作スイッチとして発光素子とフォトダイオードを用いた光学式スイッチが提案されている。すなわち、発光素子から発光された赤外光が、発光素子の上の透過窓を覆った指によって反射し、フォトダイオードに入射して指による操作があったことを検出するというものである。しかしながら、このような光学式スイッチでは受光部に外界から入射するノイズ的な光（外光）や、光量や受光感度が経年変化することによって発生する誤動作が問題となってくる。

　この改善策として、従来、例えば特許文献１に示されるように、発光素子の発光を固有の周波数で発振させ、受光素子出力をバンドパスフィルタで検出し、スイッチ操作の有無を受光入力レベルの変化で検出することで、外光の影響に対して、正規信号とノイズ信号を選別する方法が提案されている。

特開２０００－１００２８７号公報

　しかしながら、上記特許文献１に示されるような技術においては、発光素子とフォトダイオードが組み込まれている装置内において、発光素子からの赤外光が内部で自己反射し、その反射光をフォトダイオードが受光してしまうことがあり、それが誤動作につながるという問題があり、また発光光量や自己反射は経年変化や環境変化にともない変化するので効果的な改善が望まれていた。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、外光の影響がなく、発光・受光素子の温度・経年変化、および透過窓の経年変化による透過率変化等の外乱誤動作に対し、安価に高信頼性化を対処することができる光学式スイッチを提供することを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の光学式スイッチは、一部に指等の操作体が遮蔽する透過窓が形成された操作パネルと、透過窓を介して操作体を照射する発光素子と、発光素子の発光を所定の周波数でオン／オフ駆動する駆動部と、操作体で反射し透過窓を再透過した反射光を受光し電気信号に変換する受光素子と、受光素子の出力をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、Ａ／Ｄ変換器の出力から対となる発光素子オン時の入射光量及びオフ時の入射光量を記憶する記憶手段と、オン時の入射光量とオフ時の入射光量との差分を算出しサンプリングデータを生成する減算器と、サンプリングデータのうち第１の周波数を超える高周波数成分を排除することにより、操作体による正常操作より所定速さだけスピードの速い操作を排除するローパスフィルタと、サンプリングデータのうち第１の周波数より所定幅低い第２の周波数以下の低周波成分を排除することにより、操作体による正常操作より所定速さだけスピードの遅い操作を排除するハイパスフィルタと、ローパスフィルタ及びハイパスフィルタを通過したフィルタ出力を、予め設定した比較基準電圧と比較し、フィルタ出力が比較基準電圧より大きいとき操作体の操作有とし、フィルタ出力が比較基準電圧以下のとき操作体の操作無しとして２値信号を出力する比較器と、を備えたことを特徴とする。

　本発明の光学式スイッチは、検出したすべての信号を受け付けることをせず、操作者が操作するときの指の動き（速さ）に着目し、操作時反射光の周波数特性を抽出して、正常操作より所定速さだけスピードの遅い操作や所定速さだけスピードの速い操作を除外するとともに、予め設定した比較基準電圧と比較して、操作の有り無しを判定するので、外光の影響がなく、発光・受光素子の温度・経年変化、および透過窓の経年変化による透過率変化等の外乱誤動作に対し、安価に高信頼性化を対処することができる光学式スイッチとすることができる。

図１は、本発明にかかる光学式スイッチの実施の形態１の構成図である。図２は、図１のデジタル信号処理部の動作を示すフローチャートの図である。図３は、図１に示されたデジタル信号処理部をソフトウェアで実現した例を示すプログラムの図である。図４は、受光素子の受光出力に対するサンプリングタイミングを示すタイミングチャートである。図５は、受光素子の出力状態が外光によって影響を受けることを説明する模式図である。図６は、自己反射が大きいとレベルで判定する方法では誤判定してしまうことを説明する模式図である。図７は、操作体である指が透過窓から離れているところから透過窓に近づいて行き透過窓を塞ぐ際の信号のレベルを示す模式図である。図８は、デジタル信号処理部の内部出力例であり、発光オン時の入力光を示すグラフの図である。図９は、デジタル信号処理部の内部出力例であり、発光オフ時の入力光を示すグラフの図である。図１０は、デジタル信号処理部の内部出力例であり、発光オン時の入力光から発光オフ時の入力光を減じた値を示すグラフの図である。図１１は、デジタル信号処理部の出力を示すグラフの図である。

　以下に、本発明にかかる光学式スイッチの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態
　図１は、本発明にかかる光学式スイッチの実施の形態の構成図である。図１において、光学式スイッチ５０は、操作者の指等である操作体Ｆが接触する透過窓１１ａが一部に設けられた操作パネル１１と、透過窓１１ａを介して操作体Ｆに対して赤外線を照射する発光素子１３と、発光素子１３を所定の周波数でオン／オフ駆動する駆動部１５と、操作体Ｆにて反射し透過窓１１ａを透過した反射光を受光し電気信号に変換する受光素子１６とを有している。なお、透過窓１１ａは、操作体Ｆが接触することにより閉塞されるものに限らず、例えば、操作体Ｆが近づくことにより閉塞されるものも含む。

　光学式スイッチ５０は、さらに発光素子１３と同期して動作して受光素子１６の出力をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１７と、Ａ／Ｄ変換器１７の出力から、発光素子１３のオン時の入射光量とこれに対応するオフ時の入射光量とを対にして記憶するメモリなどの記憶手段１９と、この対を成すオン時入射光量及びオフ時入射光量の差分を算出しサンプリングデータとして記憶手段１９に蓄積する減算器２１と、これらサンプリングデータのうち高周波数成分を排除するローパスフィルタ２３と、同じくサンプリングデータのうち低周波成分を排除するハイパスフィルタ２５と、ローパスフィルタ２３及びハイパスフィルタ２５にて排除されなかったサンプリングデータに対して、予め設定した比較基準電圧Ｓと比較し、比較基準電圧Ｓを超える大きさであった場合に操作体Ｆによる操作が有ったものとし、比較基準電圧Ｓ以下であった場合に操作体Ｆによる操作が無かったものとして、２値信号を出力する比較器２７とを有している。なお、減算器２１、ローパスフィルタ２３及びハイパスフィルタ２５は、デジタル信号処理部２０を構成している。

　ローパスフィルタ２３は、第１の周波数を基準として、上記サンプリングデータのうち、第１の周波数を超える高周波数成分を排除することにより、操作体Ｆによる正常操作より所定速さだけスピードの速い操作を受け付けないようにしている。一方、ハイパスフィルタ２５は、第１の周波数より所定バンド幅だけ低い第２の周波数を基準として、上記サンプリングデータのうち第２の周波数以下の低周波成分を排除することにより、操作体Ｆによる正常操作より所定速さだけスピードの遅い操作を受け付けないようにしている。数値演算フィルタ処理部２０の処理にて排除できない周波数成分（操作体Ｆによる正常操作に近い周波数成分）の正常操作でない操作に対しては、オフセット値（比較基準電圧Ｓ）を比較器２７にセットし、この比較器２７で排除するとともに、同値（比較基準電圧Ｓ）を可変とすることで容易に感度設定を行えるようにしている。

　駆動部１５は、例えば周波数１００Ｈｚ（１０ｍｓｅｃ周期）にて駆動する。すなわち発光素子１３のオン時間を０．１ｍｓｅｃ、オフ時間を９．９ｍｓｅｃとして周期的に駆動する。受光素子１６の入射光量に対する出力を発光タイミング前（オフ時）と発光中（オン時）にサンプリングし、このサンプリングを継続して行う。そして、受光素子１６の出力をＡ／Ｄ変換機１７にてデジタル化する。このデジタル化した値に対して数値演算フィルタ処理部２０による処理をすることで、操作体Ｆによって行われる操作入力の有無を出力（Ａ／Ｄ変換値）の周波数応答（変化）として判断する。

　前面パネル１１には、操作者の指等である操作体Ｆの大きさに応じた透過窓１１ａが設けられている。透過窓１１ａの周囲には、低反射材料にて作成された遮蔽部１１ｂが設けられており内部反射光の低減を図っている。また透過窓１１ａは、操作体Ｆの検知窓として、例えば、汚れた指に対して感度を上げるとともに、外光の影響を少なくする為に、人の指で十分に覆うことが可能な、出来るだけ大きい範囲まで拡大されている。すなわち、操作体Ｆによる操作時に外光が十分遮蔽できる大きさで、且つなるべく大きい透明開口部となっている。これにより検知対象（操作体Ｆを含む）の有無での反射光信号のＳ／Ｎ比が最大化するように設計されている。

　図４は、受光素子１６の受光出力に対するサンプリングタイミングを示すタイミングチャートである。ノイズ的な光（外光）の影響を小さくするために、発光オフ時での受光光量サンプリングと直後の発光オン後時の受光光量サンプリングとの間の間隔は、出来るだけ小さな間隔にすることが理想である。なぜならば、発光オフでのサンプリングと発光オンした後のサンプリングとの間の間隔が長いとその間に外光の光量が変化した場合、誤差となるからである。本実施の形態においては、オン時光量及びオフ時光量の差分を算出しサンプリングデータとするので、外光の光量が変化なければ、誤差は発生しない。

　減算器２１は、発光オン時の入射光量から、発光オフ時の入射光量を減算することにより検知対象の反射光量を計算する。そして、ローパスフィルタ２３は、例えば、一瞬のみ触れるようないたずら操作等の操作であり、操作者が指により通常行う操作スピードの上限値を超える操作スピードの高周波数成分の除去を行う。一方、ハイパスフィルタ２５は、例えば、付着したゴミ等によって行われてしまう操作であって、操作者が指により行う通常の操作スピードの下限値以下の操作スピードの低周波数成分の除去を行う。

　また、比較器２７は、ハイパスフィルタ２５の出力と基準電圧Ｓとを比較し、操作者が指により通常行う操作と同一周波数成分の微小変化を除去する。これは、同じ周波数成分でも正常に行われた操作によらないものがあり、これを除去するためである。例えば雨が降っている状態での屈折光の入射による場合などが考えられる。そのような状態ではレベル（電圧）が低いので、基準電圧との比較により、除去することができる。なお、汚れた指は反射が少なくなるので、その場合でも検出できるように基準電圧を設定する。すなわち、降雨では検出しなくて、汚れた指では検出するように、基準電圧を適切な値に選ぶ。基準電圧Ｓは、例えば、記憶手段１９に記憶されている。そして、比較器２７は、スイッチ操作がされたか、されなかったかの２値出力値を出力する。

　動作を説明する。図１において、発光素子１３の駆動（発光のオン／オフ）と受光素子１６の出力のＡ／Ｄ変換タイミング（サンプリングタイミング）は同期しており、発光素子１３の対応するオフ時とオン時において光量測定を実施する。また、発光時において、本体内部での自己反射分を低下させＳ／Ｎ比向上をはかるために、操作パネル１１に低反射低透過率のマスキング処理が必要となるような発光素子１３および受光素子１６の配置状況も想定される（言い換えれば、低反射低透過率のマスキング処理を施すことにより、自己反射分を低下させることができる）。また、外光の影響を軽減させることを目的として、操作パネル１１の透過窓１１ａの大きさを人の指で十分に覆うことができる大きさまで大きく設計し、指操作でのＳ／Ｎ比向上を図っている。

　図２は、図１のデジタル信号処理部２０の動作を示すフローチャートの図である。図３は、図１に示されたデジタル信号処理部２０をソフトウェアで実現した例を示すプログラムの図である。デジタル信号処理２０は、図１に示すように、Ａ／Ｄ変換器１７に接続され、減算器２１、ローパスフィルタ２３、及びハイパスフィルタ２５の各処理を含み、さらに、受光部光量飽和処理や高反射入力の抑制処理を含んでいる。

　デジタル信号処理部２０においては、まず、減算器２１により、オン時光量Ａｎ２からオフ時光量Ａｎ１が減じられて差分光量Ｂｎが算出される（ＳＴＥＰ１）。次に、受光素子１６における受光部光量飽和処理（リミッタ処理）が行われる。受光部光量飽和処理は、受光素子１６の受光する光量が所定値を超えるときデータの取り込みを行わず、所定値以下の場合のみデータの取り込みを実施するというものである。これは光量が異常に大きい状態（発光オン時も発光オフ時も受光光量Ａ／Ｄ値が所定値を超えてしまっている）でデータを取り込み、その後の処理を実行するとスイッチ操作の判定が正しくできなくなることを回避するためである。具体的には、オン時光量Ａｎ２及びオフ時光量Ａｎ１がともに制限値（５００ＬＳＢ）以下か否かが確認される（ＳＴＥＰ２）。

　次いで、高反射入力の抑制処理が行われる（ＳＴＥＰ３，４）。高反射入力の抑制処理は、金属などによって高反射が生じた場合など突然高入力が入ってくると周波数応答性が影響を受け、やはり正しいスイッチ操作の判定ができなくなる恐れがあるので、実施している。

　その後、ローパスフィルタ演算（ＳＴＥＰ５）とハイパスフィルタ演算（ＳＴＥＰ６）とが行われる。ローパスフィルタ２３及びハイパスフィルタ２５の処理の方法は、ノイズ成分の分析と操作体Ｆ（指）の動作分析をあらかじめ操作想定環境下で行い、フィルタリング周波数を決定し、数値演算フィルタ処理におけるフィルタリング処理係数を決定する。例えば、指操作であれば同光学式スイッチを操作し、受光素子１６の得る入射光データを分析した結果、１Ｈｚ～５Ｈｚが一般的な操作スピードであった。ただし、外的ノイズ（例えば発光素子１３の外側のパネル部に雨滴が伝った場合など）の影響を極力回避したいことや、一般的にスイッチを押すような場合にはゆっくりと操作することにより、確実に動作させようとする傾向があり、もし仮に早い操作で受付できなかったとしても操作者が再度やり直すことを期待できるため、フィルタのカットオフ周波数を、例えば、ハイパスフィルタのフィルタリング周波数を０．５Ｈｚ、ローパスフィルタのフィルタリング周波数を２Ｈｚと設定してもよい。そして、それ以外の周波数の入射光変化に対しては排除して、スイッチ操作としての受付は行わないようにすることで外界からのノイズ光などの影響を低減する。

　この場合の、入力処理としては、オフ時光量をＡｎ１、オン時光量をＡｎ２とすると、外光による入射光値を除いた差分光量は、Ｂｎ＝Ａｎ２－Ａｎ１となる。この反射量を代表する差分光量Ｂｎに対し、１次のローパスフィルタを設定する場合は、以下となる。

　１次ローパスフィルタ回路を一般的なＲＣ回路で説明した場合、
　Ｖｏｕｔ＝Ｑ／Ｃ＝１／Ｃ・∫Ｉｄｔ＝１／Ｃ・∫（Ｖｉｎ－Ｖｏｕｔ）／Ｒ・ｄｔ
　Ｖｏｕｔ＝１／ＲＣ・∫（Ｖｉｎ－Ｖｏｕｔ）・ｄｔ
　ｄ（Ｖｏｕｔ）／ｄｔ＝１／ＲＣ・（Ｖｉｎ－Ｖｏｕｔ）
　従って、ソフト化表現では、
　Ｖｏｕｔｎ＝Ｖｏｕｔｎ－１＋１／ＲＣ＊（Ｖｉｎｎ－Ｖｏｕｔｎ－１）
となり、フィルタ出力Ｖｏｕｔｎを判定基準値と比較し操作有無を判定することになる。　　　

　同様に周波数特性を
　Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ＝ＡＢＳ（Ｚ２／（Ｚ１＋Ｚ２））
　Ｚ１＝Ｒ、Ｚ２＝－ｊ／２πｆＣなので
　Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ＝√（１／（１＋（２πｆＲＣ）^２））
　カットオフ周波数は、
　ｆ０＝１／２πＲＣ（ｆ０での振幅は、１／√２＝７０．７％）
にて計算することが出来る。

　図３のＳＴＥＰ５に示されるように、具体的に、時定数ＲＣ＝８と設定すると、カットオフ周波数：ｆ０＝１／２πＲＣ＝０．０２Ｈｚとなり、反射光量のサンプリング周波数を１００Ｈｚとすると、２Ｈｚがカットオフ周波数となる。

　そして最後に、ローパスフィルタ２３及びハイパスフィルタ２５にて排除されなかったデータが、数値演算フィルタ処理部２０の指検知出力Ｅｎとして出力される（ＳＴＥＰ７）。

　このように数値演算フィルタ処理におけるローパスフィルタ２３及びハイパスフィルタ２５を設定する利点としては、開発時点において容易にデータ採取ならびに分析が可能であり、ハイパスフィルタ２５の設計においては、発光素子１３及び受光素子１６の感度ばらつきや温度変化での特性変化成分を低周波数領域のカットを主眼に設計し、一方、ローパスフィルタ２３の設計においては、外光の急峻な変化（スピードの速い変化）など検出対象から発生しない高周波領域を一律にカットする様に、使用される環境に応じて安易に評価、係数決定が出来ることから、ソフトウェアの構成において標準化された入力インターフェース設計が可能になることにある。

　図５は、受光素子１６の出力状態が外光によって影響を受けることを説明する模式図である。図６は、自己反射が大きいとレベルで判定する方法では誤判定してしまうことを説明する模式図である。図７は、操作体Ｆである指が透過窓１１ａから離れているところから透過窓１１ａに近づいて行き透過窓１１ａを塞ぐ際の信号のレベルを示す模式図である。上記のように、受光素子１６の出力状態は外光によって影響を受ける。すなわち、外光が少ない場合は図５（ａ）のような出力となり、外光が強い場合は（ｂ）のような出力となる（発光オンのとき受光素子１６は、外光＋自己反射光を入力することになり、発光オフのとき受光素子１６は、外光のみを入力する）。したがって外光によって受光素子１６の出力のレベルが大きく影響を受ける。そこで本実施の形態によれば、外光の影響をなくすために、発光オンのときのレベルと発光オフのときのレベルとの差分により判定することにしている。差分（すなわち反射分のみ抽出したもの）で比較すれば（ａ）も（ｂ）も同じであり、外光の影響をキャンセルできる。透過窓１１ａを指でふさぐと外光が遮断され、（ｃ）のようになる。これは自己反射分＋指反射分の光が出力されていることを示す。

　また、図６に示すように、自己反射が大きい（従来技術の課題）とレベルで判定する方法では誤判定してしまう恐れがある。そこで、指の動き（透過窓１１ａから離れているところから透過窓１１ａに近づいていって透過窓１１ａをふさぐ）に応じて指反射分が増加（外光分の減少も）していくところのＡ／Ｄ値の変化を周波数の変化（応答）として捉え、その検出によって指操作を判断する。これによって自己反射分はキャンセルされ、従来技術の課題が解決される（図７）。

　なお、ローパスフィルタ２３及びハイパスフィルタ２５を設けることにより、ノイズ的な外光や温度変化によるレベル変化なども除去することができる。また、光量のサンプリングタイミングを複数持ち、平均化処理等にて蛍光灯などの周期性のある外光の影響を軽減することも安価に実現できる。

　一方、このような方式においては、限定した周波数領域（０．５Ｈｚ～２Ｈｚ）の操作のみを受け付ける方式であることから、欠点として、意地悪操作的な操作、例えば極端にゆっくりした操作や高速な操作が受付けできない不具合が生ずることが予測されるが、頻繁に操作される事の少ない機器等においては、一瞬のスイッチ受付ができない不具合には人間によるリカバリーが期待できることから、むしろ敏感で不安定な受付をしない特徴がより利点となる。

　図８は、数値演算フィルタ処理部の内部出力例であり、発光オン時の入力光を示すグラフの図である。図９は、発光オフ時の入力光を示すグラフの図である。図１０は、発光オン時の入力光から発光オフ時の入力光を減じた値を示すグラフの図である。図１１は、数値演算フィルタ処理部の出力を示すグラフの図である。いずれも、同じタイミングでのサンプリングデータによるものであり、Ｘ軸は、サンプル時系列を示している。

　具体的には、指によるタッチ操作を２０回近く繰り返し、その操作中に外光量を少から大に変化させた様子を示している。サンプル時系列において、サンプル点１～１４８０（線分Ａで示す区間）が外光入力少の区間であり、サンプル点１４８１～２８００（線分Ｂで示す区間）が外光入力大の区間である。図９においては、発光オフ時の入力光を示しており、Ａ／Ｄ値が０ＬＳＢから６００ＬＳＢに増加する外光変化があったことを示している。なお、同図区間Ｂにおいて、外光が５０ＬＳＢから６００ＬＳＢの間を変動しているのは、指が透過窓１１ａを塞いだため、外光が遮断されてＡ／Ｄ値が５０ＬＳＢ程度に低下したことを示している。図８は、発光素子１３がオンした時の入力光であり、発光素子１３がオフでは外光小量のため指操作の検出できない区間Ａにおいて、指の反射光入力が認められ、また外光大量の区間Ａにおいても、指で透過窓１１ａを塞いでも指反射光でのＡ／Ｄ値が１００ＬＳＢ程度存在していることがわかる。図１０は図８の値から図９の値を減算した数値であり、指による反射光成分を抽出した値になっている。図１１は本特許例によるフィルタ出力Ｅｎを表現しており、出力が整形され、判定レベルとして、比較器への比較数値は±５ＬＳＢにて設定をおこなう事が可能なことが理解できる。

　デジタル処理の特徴として、このように数値演算フィルタ処理による効果や評価結果を安易に数値グラフにて扱えることも本方式の利点である。なお数値演算フィルタは簡便な１次フィルタにて示したが、高次フィルタやＦＩＲフィルタを用いても実現できることは言うまでもない。

　以上のように、本実施の形態の光学式スイッチ５０によれば、オン時光量とオフ時光量との差分を算出しサンプリングデータを生成する減算器２１と、サンプリングデータのうち第１の周波数を超える高周波数成分を排除することにより、正常操作より所定速さだけスピードの速い操作を除外するローパスフィルタ２３と、サンプリングデータのうち第１の周波数より所定幅低い第２の周波数以下の低周波成分を排除することにより、正常操作より所定速さだけスピードの遅い操作を除外するハイパスフィルタ２５と、残るサンプリングデータを予め設定した比較基準電圧Ｓと比較し、比較基準電圧Ｓより大きいとき操作体Ｆの操作有とし、比較基準電圧Ｓ以下のとき操作体Ｆの操作無しとする比較器２７とを備えている。そのため、検出したすべての信号に対して操作有りとはせず、操作時反射光の周波数特性を抽出して、正常操作より所定速さだけスピードの遅い操作や所定速さだけスピードの速い操作を除外し、さらに予め設定した比較基準電圧Ｓと比較して、操作の有り無しを判定するので、外光の影響がなく、発光・受光素子の温度・経年変化、および透過窓の経年変化による透過率変化等の外乱誤動作に対し、安価に信頼性の高く対処することができる光学式スイッチとすることができる。

　以上のように、本発明にかかる光学式スイッチは、屋外機器等の操作スイッチとして、有用なものであり、特に、発光・受光素子の温度・経年変化、および透過窓の経年変化による透過率変化等の外乱誤動作の軽減を要求される光学式スイッチに最適なものである。

　１１　操作パネル
　１１ａ　透過窓
　１１ｂ　遮蔽部
　１３　発光素子
　１５　駆動部
　１６　受光素子
　１７　Ａ／Ｄ変換器
　１９　記憶手段
　２０　デジタル信号処理部
　２１　減算器
　２３　ローパスフィルタ
　２５　ハイパスフィルタ
　２７　比較器
　５０　光学式スイッチ
　Ｆ　操作体
　Ｓ　比較基準電圧

Claims

　一部に指等の操作体が遮蔽する透過窓が形成された操作パネルと、
　前記透過窓を介して前記操作体を照射する発光素子と、
　前記発光素子の発光を所定の周波数でオン／オフ駆動する駆動部と、
　前記操作体で反射し前記透過窓を透過した反射光を受光し電気信号に変換する受光素子と、
　前記受光素子の出力をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
　前記Ａ／Ｄ変換器の出力から対となる前記発光素子のオン時光量及びオフ時光量を記憶する記憶手段と、
　前記オン時光量と前記オフ時光量との差分を算出しサンプリングデータを生成する減算器と、
　前記サンプリングデータのうち第１の周波数を超える高周波数成分を排除することにより、前記操作体による正常操作より所定速さだけスピードの速い操作を除外するローパスフィルタと、
　前記サンプリングデータのうち前記第１の周波数より所定幅低い第２の周波数以下の低周波成分を排除することにより、前記操作体による正常操作より所定速さだけスピードの遅い操作を除外するハイパスフィルタと、
　前記ローパスフィルタ及び前記ハイパスフィルタを通過したフィルタ出力を、予め設定した比較基準電圧と比較し、前記フィルタ出力が前記比較基準電圧より大きいとき前記操作体の操作有とし、前記フィルタ出力が前記比較基準電圧以下のとき前記操作体の操作無しとして２値信号を出力する比較器と、を備えた
　ことを特徴とする光学式スイッチ。
　前記受光素子は、前記オフ時光量とこれに対応した前記オン時光量を得るにあたり、各々短時間に複数回サンプリングし、複数回の平均した各々の値を前記Ａ／Ｄ変換器の入力とする
　ことを特徴とする請求項１に記載の光学式スイッチ。
　前記透過窓は、人の指で十分に覆うことができる大きさまで拡大されている
　ことを特徴とする請求項１に記載の光学式スイッチ。
　前記比較基準電圧は、前記記憶手段に記憶されている
　ことを特徴とする請求項１に記載の光学式スイッチ。