JPH0243613A - 光学式タッチスイッチ - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は光学式タッチスイッチに関するものである。

［従来技術及び課題］ 従来、発光素子の出力値（発光強度）を可変にした光学
式タッチスイッチが、例えば特開昭６２−１６３１３８
号公報にて開示されている。これは、各受光素子の出力
値く受光強度）が適正値になるように各発光素子の発光
強度を調整する機能を有し、各発光素子の発光強度は例
えば６ビツトＤ／Ａ変換器（デジタルアナログ変換器）
を使用して６４段階の設定を行なっていた。この際、こ
の受光素子の出力値の適正化は、発光素子の発光強度設
定値の最小変化量に対する受光素子の出力変化量で制限
されていた。そして、Ｄ／Ａ変換器のビット数を上げる
ことでこの適正化が可能であるが、コストアップするの
で好ましくない。

この発明の目的は、Ｄ／Ａ変換器のビット数を上げるこ
となく、受光素子の出力値が適正値になるように精度よ
く発光素子の発光強度を調整できる光学式タッチスイッ
チを提供することにおる。

［課題を解決するための手段］ この発明は、発光素子と受光素子を僅え、発光素子から
許容電流値以内の印加電流に応じた強度の光を出力し、
受光素子にて受光してその受光強度によりスイッチ操作
の有無を判断するようにした光学式タッチスイッチにお
いて、 前記受光素子の受光強度が適正値となるように前記発光
素子の発光強度を調整するデジタル信号を出力する制御
手段と、前記ル制御手段のデジタル信号を入力してアナ
ログ信号に変換して出力するデジタルアナログ変換手段
と、前記デジタルアナログ変換手段のアナログ信号を入
力してそのレベルを一定量上昇させる信号レベル上昇手
段と、前記信号レベル上昇手段の出力信号を入力してそ
の信号内容である電圧を前記発光素子の印加電流に変換
する電圧電流変換手段とを億えた光学式タッチスイッチ
をその要旨とする。

［作用］。

制御手段は受光素子の受光強度が適正値となるように発
光素子の発光強度を調整するデジタル信号を出力し、デ
ジタルアナログ変換手段はその制御手段のデジタル信号
を入力してアナログ信号に変換して出力し、信号レベル
上昇手段はそのデジタルアナログ変換手段のアナログ信
号を入力してそのレベルを一定量上昇させる。電圧電流
変換手段はその信号レベル上昇手段の出力信号を入力し
てその信号内容でおる電圧を発光素子の印加電流に変換
し、発光素子から許容電流値以内の印加電流に応じた強
度の光が出力される。

その結果、前記信号レベル上昇手段がなくデジタルアナ
ログ変換手段のアナログ信号のレベルが一定量上昇され
ないものでは、制御手段のデジタル信号をデジタルアナ
ログ変換手段でアナログ信号に変換し、電圧電流変換手
段でそのアナログ信号の信号内容である電圧を発光素子
の印加電流に変換するが、この場合、デジタルアナログ
変換手段の最小設定値と最大設定値との間では発光素子
の印加電流はゼロから最大許容電流値の範囲となる。

これに対し本発明は信号レベル上昇手段があるのでデジ
タルアナログ変換手段の最小設定値と最大設定値との間
では信号レベル上昇手段による電圧レベルが上昇された
分、発光素子の印加電流範囲が狭くなる。よって、その
範囲内で分割される発光素子の最小変化口も小さくなる
。

［実施例］ 以下、この発明を具体化した一実施例を図面に従って説
明する。

第１図に示すように、複数組の対をなす発光素子１と受
光素子２とが図示しないデイスプレー上にマトリックス
状に配置されている。発光素子１は発光ダイオードが使
用され、当該素子１から許容電流値以内の印加電流値、
つまり、発光素子１の熱的限界内での電流値に応じた強
度の光ビームＬｂが出力される。又、受光素子２はホト
トランジスタが使用され、前記発光素子１からの光ビー
ム１−ｂの強度に応じた電流を出力する。

アナログマルチプレクサ３は、制御手段としての復配マ
イクロコンピュータ（以下、マイコンという）７からの
信号により前記受光素子２の出力信号、即ち出力電流の
いずれかを選択して出力する。電流電圧変換器４は前記
アナログマルチプレクサ３から前記受光素子２の出力電
流を入力してその出力電流の電流値を電圧値に変換して
出力する。増幅器５は前記電流電圧変換器４からの信号
を入力してその信号を所定の増幅率で増幅して出力する
。Ａ／Ｄ変換器（アナログデジタル変換器）６は、前記
増幅器５からアナログ信号を入力してデジタル信号に変
換して出力する。

マイコン７は中央処理装置（以下、ＣＰＵという）８と
ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ＞９とリードオンリメ
モリ（ＲＯＭ＞１０と入力ボート１１と出力ボート１２
．ｉ３とから構成されでいる。ＲＡＭ９には前記各発光
素子１を適切なる発光強度で駆動（発光）させるための
駆動設定値（発光強度設定値）が記憶される。又、ＲＯ
Ｍ１Ｏにはｃｐｕｓの制御プログラムが記憶され、ＣＰ
Ｕ８は同プログラムに従って各種の処理を実行する。

ＣＰＵ８は入力ポート１１を介して前記Ａ／Ｄ変換器６
からデジタル信号を入力して前記受光素子２の受光強度
を検知する。又、ＣＰＬＩ８は出力ポート１２を介して
デジタルアナログ変換手段としての後記Ｄ／Ａ変換器（
デジタルアナログ変換器）１４にデジタル信号を出力す
る。このデジタル信号は、通常のスイッチ操作の有無を
検出する際にはＲＡＭ９に記憶したデータに基づき各発
光素子１を駆動するための信号であり、又、発光素子１
を調整する際には受光素子２の受光強度が適正値となる
ように発光素子１の発光強度を調整するための信号であ
る。ざらに、ＣＰＵ８は、出力ポート１３を介して前記
アナログマルチプレクサ３及び後記アナログマルチプレ
クサ１７に制御信号を出力して当該プレクサ３，１７に
よる所定の発光・受光素子１，２の選択を行なわせるべ
く制御するようになっている。

Ｄ／Ａ変換器１４はマイコン７から発光素子１を所定の
発光強度で駆動させるためのデジタル信号を入力して、
所定のビット数のデジタル信号をアナログ信号（電圧値
）に変換する。

信号レベル上昇手段としてのレベルシフト器１５は、第
２図に示すように、前記Ｄ／Ａ変換器１４の出力端子が
オペアンプＯＰ１の非反転入力端子に接続されている。

このオペアンプＯＰＩの出力端子は位相補償用コンデン
サＣ１とツェナダイオードＺＤの並列回路を経由して反
転入力端子に帰還されている。又、位相補償用コンチン
１ノＣ１とツェナダイオードＺＯの間の接続点ａはバイ
アス電流制限抵抗１６を介してアースされている。

このツェナダイオードＺＯはバイアス電流制限抵抗１６
にて制限されたバイアス電流が流れ、ツェナ電圧Ｖｚが
発生する。

そして、オペアンプＯＰＩは出力が反転入力端子に帰還
されているので、Ｄ／Ａ変換器１４からの出力が入力さ
れる非反転入力端子電圧ｖＯｕｔ（アナログ値）と反転
入力端子電圧はほぼ等しくなり、オペアンプＯＰ１の出
力電圧は、ツェナダイオードＺＤのツェナ電圧（Ｖｚ　
）分だけシフト（上昇）され、ｖｏｕｔ　＋ｖｚとして
出力される。

アナログマルチプレクサ１７は第２図に示すように選択
回路１８と、前記発光素子１の数と同数のｉ〜ランジス
タＴｒ１とから構成されている。各トランジスタＴｒ１
には前記レベルシフト器１５のオペアンプ○Ｐ１の出力
端子が接続されている。

選択回路１８は前記マイコン７　（ＣＰＵ８）から選択
信号を入力して前記発光素子１に対応するいずれかのト
ランジスタＴｒ１にベース電流を流しそのトランジスタ
Ｔｒ１をオンさせる。

電圧電流変換手段としての電圧電流変換器１９は前記ア
ナログマルチプレクサ１７により出力されるアナログ信
号内容である電圧を特定の変換率で電流に変換するもの
であって、より詳細には第２図に示すように前記発光素
子１に直列に接続された各トランジスタＴｒ２と、その
トランジスタＴｒ２に直列に接続された可変抵抗２０と
から構成されている。そして、この各トランジスタｌｒ
２のベース端子には前記アナログマルチプレクサ１７の
対応するトランジスタＴｒｉとそれぞれ接続され、発光
素子１とトランジスタＴｒ２と可変抵抗２０の直列回路
には電源電圧Ｖｃｃが印加されている。このトランジス
タＴｒ２のベース電圧値を発光素子１の印加電流に変換
する。即ち、トランジスタＴｒ２のベース電圧が上がる
とコレクタ電流が上昇する。

次に、このように構成した光学式タッチスイッチの作用
を説明する。

まず、このタッチスイッチのスイッチ操作の有無を判断
する場合を説明すると、ＣＰＵ８は対となっている発光
素子１及び受光素子２をアナログマルチプレクサ３，１
７を用いて選択していく。

所定の発光素子１及び受光素子２を選択している間、Ｃ
ＰＵ８はＲＡＭ９に記憶した発光素子１を最適になる発
光強度で駆動させる駆動設定値（発光強度設定値）に基
づいてＤ／Ａ変換器１４．レベルシフト器１５．アナロ
グマルチプレクサ１７゜電圧電流変換器１９を介して発
光素子１を駆動して光ビームＬｂを発生させ、その光ビ
ームｌｂを受光素子２で受ける。ＣＰＵ８がアナログマ
ルチプレクサ３にて選択した受光素子２は、対応する発
光素子１からの光ビームｌｂの強度に応じた電流を出力
する。この電流は、電流電圧変換器４にて電圧に変換さ
れ、さらに増幅器５にて増幅されたのちＡ／Ｄ変換器６
でデジタルデータとなり、ＣＰＬ、１８に入力される。

ＣＰＵ８はそのデジタルデータを所定の値と比較するこ
とにより、発光素子１と受光素子２の間の光ビーム１−
ｂ通路途中に遮断物があるか否かを判定、即ち、スイッ
チ操作の有無を判断する。

このとき、対となっている発光素子１及び受光素子２は
縦横に光ビーム１−ｂがマトリックス状に並べられてい
るので、ＣＰ　ｔＪ　８は遮断されている２箇所の受光
素子２の位置から指等で指示されている座標を検出する
ことができる。そして、ＣＰＵ８はスイッチ操作の検出
結果を、スイッチの座標に対応するコード信号、即ち、
スイッチコード出力信号としてデイスプレーの制御回路
（画面表示システムのコントローラ）に出力する。

このようなスイッチ操作の検出動作に先立ちＣＰＵ８は
発光素子１からの光ビームｌｂが途中で遮られていない
状態における受光素子２からの出力値を適切なある値に
すべく発光素子１の駆動を調節する。これは、各発光素
子１を駆動するのに必要な駆動設定値をＲＡＭ９に記憶
するものである。そして、この調整後は、上述したよう
に、順次、発光・受光素子１，２を切換える毎にその対
応するＲＡＭ９の記憶データに基づいて発光素子１を駆
動する。

この発光素子１の駆動の調節を説明する。まず、ＣＰＬ
Ｉ８はアナログマルチプレクサ１７にて発光素子１を選
択し、即ち、選択回路１８にて選択されたトランジスタ
Ｔｒｉのいずれかをオンにする。

そして、ｃｐｕｓはその選択した発光素子１をある発光
強度にするためのデジタル信号をＤ／Ａ変換器１４に出
力する。Ｄ／Ａ変換器１４はそのデジタル信号をアナロ
グ電圧として出力するが、Ｄ／Ａ変換器１４のビット数
は有限であり出力されるアナログ電圧値は不連続な値し
か得られない。

レベルシフト器１５ではＤ／Ａ変換器１４からの出力値
ｖｏｕｔをｙｏｕｔ＋ｙｚに変換して出力する。この電
圧が電圧電流変換器１９において、可変抵抗２０の抵抗
値Ｒ２０との関係から（ｙｏｕｔ＋ＶＺ）／Ｒ２０の電
流に変換され、その電流が発光素子１に印加される。発
光素子１からの光ビームＬｂの強度はこの印加電流によ
り制御される。

そして、ＣＰＵ８がアナログマルチプレクサ３にて選択
した受光素子２は、対応する発光素子１からの光ビーム
ｌｂの強度に応じた電流が出力され、電流電圧変換器４
にて電圧に変換され、ざらに増幅器５にて増幅されたの
ちＡ／Ｄ変換器６でデジタルデータとなりＣＰＵ８に入
力される。ＣＰＵ８はそのデジタルデータを所定の値と
比較することにより、発光素子１からの発光強度が適切
か否かを判断する。

このとき、発光素子１の印加電流は外乱光等の影響を少
なくするために大きいほうがよいが、発光素子１の熱的
限界により最大許容電流値Ｉ　ｍａＸで制限されている
ので、Ｄ／Ａ変換器１４の最大設定値Ｎのとき（即ら、
Ｄ／Ａ変換器１４のビット数をｎとすると、Ｎ＝２　−
１のとき）発光素子１の印加電流が最大許容電流値Ｈｍ
ａｘになるように回路が構成される。本実施例では、電
圧電流変換器１９の可変抵抗２０の抵抗値Ｒ２０を調整
することによりＩｍａｘが調整される。

従って、Ｄ／Ａ変換器１４の最大設定値Ｎのときの出力
電圧ｙ　ｍａｘがレベルシフト器１５によりｖｍａｘ＋
ＶＺとなり、レベルシフト器１５がない場合に比べてＶ
ｚ分高くなるので、電圧電流変換器１９の変換率はレベ
ルシフト器１５がない場合の変換率のＶｍａｘ　／　（
Ｖｍａｘ　＋Ｖｚ　）倍に小さくできる。即ち、電圧電
流変換器１９の可変抵抗２０の抵抗値Ｒ２０を（Ｖｍａ
ｘ　十Ｖｚ　）　／Ｖｍａｘ倍に大きくすればよい。こ
のとき、Ｄ／Ａ変換器１４の最小設定値のときのレベル
シフト器１５からの出力はＶＺとなるので発光素子１の
印加電流値は、Ｉｍａｘ　−Ｖｚ　／　（Ｖｍａｘ　＋
Ｖｚ　）となる。

従って、レベルシフト器１５を追加すると、Ｄ／Ａ変換
器１４の設定値ｒＯＪからｒＮＪまで可変することによ
り発光素子１の印加電流値は、Ｉｍａｘ　−Ｖｚ　／　
＜Ｖｍａｘ　十ｖｚ　）からＩｍａｘまで可変とするこ
とができることとなり、発光索子１の印加電流の最小可
変値はＴｍａｘ　　（１−Ｖｚ／（Ｖｍａｘ　＋Ｖｚ　
）　）　／　（Ｎ＋１　）となる。

これに対して、レベルシフト器１５がない場合には、発
光素子１の印加電流の最小可変値は、Ｉｍａｘ／（Ｎ＋
１＞となる。

即ち、レベルシフト器１５がない場合に比べ（１−Ｖｚ
　／　（Ｖｍａｘ　＋Ｖｚ　）　）倍に発光素子１の印
加電流の最小可変値が小さくなる。

それゆえ、発光素子１の印加電流分解能が向上するので
受光素子１からの出力値を最適値にする精度が上がる。

又、発光素子１にその発光率及び受光素子２にその感度
特性にバラツキがある場合、増幅器５の増幅率を最も感
度が悪い発光受光対を基準にしてセットすると、感度が
良い発光受光対にとってはその増幅器５の増幅率では大
きくなりすぎ、発光素子１の印加電流設定値の最小変化
１に対する受光素子２の出力変化量が大きくなり受光素
子２の出力値の適正化が困難になる。又、発光・受光素
子１，２の縦・横の配列において縦列の発光・受光素子
１．２と横列の発光・受光素子１．２の距離が異なる場
合、即ち、長方形に発光・受光素子１．２を配置する場
合、増幅器５の増幅率を発光・受光素子１，２の距離が
長い（感度が悪い）受光素子２を基準にしてセットする
と、発光・受光素子１，２の距離が短い（感度が良い）
受光素子２にとってはその増幅器５の増幅率が大きくな
りすぎ、発光素子１の印加電流設定値の最小変化量に対
する受光素子１２の出力変化量が大きくなり受光素子２
の出力値の適正化が困難になる。

しかしながら、本実施例では、発光素子１の駆動電流制
御の精度が上がるので、受光素子２の感度特性にバラツ
キがあったり、長方形に発光・受光素子１，２を配置す
る場合にも受光素子２の出力値の適正化が容易になる。

このように本実施例においては、レベルシフト器１５を
Ｄ／Ａ変換器１４とアナログマルチプレクザ１７との間
に配置したので、レベルシフト器１５がない場合に比べ
Ｄ／Ａ変換器１４の最小設定値と最大設定値との間では
レベルシフト器１５による電圧レベルが上昇された分、
発光素子１の印加電流範囲が狭くなり、（１−Ｖｚ　／
　（Ｖｍａｘ−１−ＶＺ））倍に発光素子１の印加電流
の最小可変値が小さくなり、発光素子１の駆動電流分解
能が向上し受光素子２からの出力値を最適値にする精度
が向上する。又、受光素子２の感度特性にバラツキがあ
ったり、長方形に発光・受光素子１，２を配置する場合
にも、発光素子１の駆動電流制御の精度が上がるので受
光素子２の出力値の適正化を容易に行なうことができる
。

［発明の効果］ 以上詳述したようにこの発明によれば、デジタルアナロ
グ変換器のビット数を上げることなく、受光素子の出力
値が適正値になるように精度よく発光素子の発光強度を
調整できる優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を具体化した実施例の光学式タッチス
イッチの電気回路図、第２図はレベルシフト器、電圧電
流変換器等の電気回路図でおる。 １は発光素子、２は受光素子、７は制御手段としてのマ
イコン、１４はデジタルアナログ変換手段としてのＤ／
Ａ変換器、１５はレベル上昇手段としてのレベルシフト
器、１９は電圧電流変換手段としての電圧電流変換器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．　発光素子と受光素子を備え、発光素子から許容電
   流値以内の印加電流に応じた強度の光を出力し、受光素
   子にて受光してその受光強度によりスイッチ操作の有無
   を判断するようにした光学式タツチスイッチにおいて、 前記受光素子の受光強度が適正値となるように前記発光
   素子の発光強度を調整するデジタル信号を出力する制御
   手段と、 前記制御手段のデジタル信号を入力してアナログ信号に
   変換して出力するデジタルアナログ変換手段と、 前記デジタルアナログ変換手段のアナログ信号を入力し
   てそのレベルを一定量上昇させる信号レベル上昇手段と
   、 前記信号レベル上昇手段の出力信号を入力してその信号
   内容である電圧を前記発光素子の印加電流に変換する電
   圧電流変換手段と を備えたことを特徴とする光学式タッチスイッチ。