JPS6215624A - 光学式座標入力装置 - 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】 （発明の技術分野） 本発明は、発光素子アレイ及び受光素子アレイを含む光
学式座標入力装置に関する。

（発明の技術的背景） 光学式座標入力装置は、ＣＲＴディスプレイやＬＣＤ　
（液晶表示装置）等の表示面の前面に取付けられ、発光
素子アレイの各発光素子から出力される光信号を受光素
子アレイの各受光素子にて受光する走査方式が採用され
ている。そして、指等により光信号が遮断された場合に
その位置を指示座標としてパーソナルコンピュータ等に
出力する構成を有している。

第５図には従来の光学式座標入力装置の光信号を処理す
る回路構成が示されている。即ち、図中、ｌＯは受光素
子アレイを示し、この受光素子アレイは複数のフォトト
ランジスタＦＴ、〜ＰＴｎから形成されている。各フォ
トトランジスタＰＴ、−ＰＴｎのエミッタは共通に接地
され、コレフタは切換回路１２の各スイッチＳＷ１〜Ｓ
　Ｗ　ｎに接続されている。各スイッチＳＷ１〜Ｓ　Ｗ
　ｎはカップリングコンデンサＣ１を介してＮＰＮ　）
ランシフタ１４のベースに接続されている。このトラン
ジスタ１４のコレクタには抵抗Ｒ＋、Ｒｚを介して電源
Ｖｃｃが接続され、又カップリングコンデンサＣ３を介
して出力端子１６が接続されている。トランジスタ１４
のベースにはベース抵抗Ｒ３を介して電源Ｖｃｃが接続
されている。抵抗Ｒ７とＲ２どの間には切換回路１２を
介してフォトトランジスタＦ　Ｔ　＋〜ＰＴｎに電圧を
印加するための抵抗Ｒ４が接続されている。また、抵抗
Ｒ１とＲ２との間には電源Ｖｃｃの変動分をバイパスす
るためのコンデンサＣ２が接続されている。

次に、上記光学式座標入力装置の受光処理動作を説明す
る。

第６図（ａ）に示す同期パルスが切換回路１２に入力さ
れると、スイッチＳＷ１が閉成し、フォトトランジスタ
ＦＴ、のコレクタに抵抗Ｒ１゜Ｒ４を介して電圧が印加
される。一方、同期パルスの入力に伴って図示しない発
光素子アレイが走査され、フォトトランジスタＦＴ、に
対応するＬＥＤが発光する。従って、ＬＥＤからの光信
号ＳｐがフォトトランジスタＰ　Ｔ　＋　にて受光され
るので、フォトトランジスタＰ　Ｔ　＋が導通ずる。

フォトトランジスタＦＴ、が導通ずると、マイナスのパ
ルス電圧がカップリングコンデンサＣ１を介してトラン
ジスタ１４のベースに印加され、当該トランジスタ１４
がＯＦＦ状態に切り換わり、ベース電流Ｉｂが流れなく
なるので、そのコレクタ電圧が立ち上がる。従って、カ
ップリングコンデンサＣ３を介してコレクタ電圧を座標
信号（第６図（ｅ）参照）として出力端子１６より取り
出すことができる。尚、フォトトランジスタＰＴ、の対
応するＬＥＤは一回の走査中に、少なくとも二以上の光
信号Ｓｐを出力するので、座標信号は二以上のパルス信
号より構成されることになる。

以下、同様に同期パルスが入力する毎に切換回路１２の
スイッチＳ　Ｗ　２〜Ｓ　Ｗ　ｎが閉成され、フォトト
ランジスタＰ　Ｔ　ｚ〜ＰＴｎが対応するＬＥＤからの
光信号Ｓｐを受光するので、各座標位置を示す座標信号
を連続的に得ることができる。

従って、指等により光信号が遮断され、例えば、フォト
トランジスタＰＴ３により光信号ＳＰが受光されなかっ
た場合には、出力端子１６より座標信号が出力されない
ので、走査（フォトトランジスタＰＴ３）位置との関係
から指示座標を知ることができる。

（背景技術の問題点） さて、フォトトランジスタＦＴＩ　〜ＰＴｎ及び光信号
ＳＰを出力するＩ、ＥＤの如き発光及び受光素子は光信
号に対する特性にばらつきを有している。また、フォト
トランジスタＦＴ、〜ＰＴｎはＣＲＴディスプレイ等の
光強度の変化や外乱光の影響を受ける。このため、各フ
ォトトランジスタ毎のコレクタ電圧Ｖｐは大きく変動し
てしまう。

従って、第６図（ｂ）に示すように、フォトトランジス
タＰ　Ｔ　ｚが光信号Ｓｐを受光した時点で当該フォト
トランジスタＰ　Ｔ　２のコレクタ電圧Ｖｐが外乱光等
により大きく低下した場合には、トランジスタ１４のベ
ース電圧ｖｂも第６図（Ｃ）に示すように、低下するこ
とから、フォトトランジスタＰＴｚの走査期間中トラン
ジスタ１４がＯＦＦ状態に保持されてしまうことがある
。よって、第６図Ｃｅ’）に示すように、座標信号は立
ち上がったままになるので、フォトトランジスタＰＴ２
が光信号Ｓｐを受光しているにもかかわらず、パーソナ
ルコンピュータ等は座標入力があったものと誤判断して
しまう、また、トランジスタ１４のベースには抵抗Ｒ３
を介して電圧が印加されているので、カップリングコン
デンサＣ＋　には、第５図に示すように、充電電流Ｉｃ
が流れ込む。

従って、フォトトランジスタのコレクタ電圧Ｖｐが低下
した場合には、第６図（Ｃ）のＰ　Ｔ　２やＰＴ（ｎ−
りで示すように、トランジスタ１４のベース電圧ｖｂの
立ち下がりレベルを上昇させる。しかし、ベース電圧ｖ
ｂは抵抗Ｒ３及びカップリングコンデンサＣ１の時定数
に基づいて徐々に上昇するだけなので、フォトトランジ
スタのコレクタ電圧Ｖｐが大きく低下した場合には、上
述したように、座標信号は立ち上がったままになる。そ
して、例えば、第６図（ｂ）に示すように、フォトトラ
ンジスタＰＴ３のコレクタ電、圧Ｖｐが若干上昇した時
点で光信号Ｓｐを受光した場合には、トランジスタ１４
にレベルの小さなベース電ｉＩｂが流れ又はベース電流
Ｉｂの立ち上がりに歪みが生じる（第６図（ｄ）の波形
参照）ことがあるので、座標信号がパルス波形として出
力されているのか否かの判定が困難になる。従って、こ
の場合にもパーソナルコンピュータ等が誤判断してしま
う虞れがある。

また、切換回路１２のスイッチＳＷ、〜Ｓ　Ｗ　ｎを同
期パルスにより切り換えた時点では、スイッチングノイ
ズにより各フォトトランジスタＦ　Ｔ　Ｉ〜ＰＴｎのコ
レクタ電圧Ｖｐが瞬間的に立ち下がり、トランジスタ１
４のベース電圧ｖｂも瞬間的に立ち下がってしまう、こ
のため、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの切り換え時には、ト
ランジスタ１４のベース電流Ｉｂが瞬時に立ち下がり又
は遮断され、座標信号にノイズ信号Ｎが加わってしまう
。

従って、パーソナルコンピュータ等がこのノイズ信号Ｎ
を座標信号として判定する虞れがあるので、やはり誤判
断の原因となる。

以上説明したように、トランジスタ１４のベース・エミ
ッタ間はダイオードとして作用し、カップリングコンデ
ンサＣ７及び抵抗Ｒ３と共にクランプ回路を形成するの
で、ベース電圧ｖｂが低下した場合には当該電圧ｖｂを
所定レベルに揃えるようにクランプ動作にて補正する。

しかるに、上記したように、発光及び受光素子の光学的
特性のばらつきや外乱光及びスイッチングノイズの影響
によりベース電圧ｖｂが大きく変動すると、クランプ動
作によってもベース電圧ｖｂを所定のレベルｖｂ文まで
補正することができない。

抵抗Ｒ３の抵抗値を小さく設定すると、クランプ動作に
より大きく補正することができるが、抵抗Ｒ３の抵抗値
が小さい場合にはトランジスタ１４のベース内に蓄積さ
れる過剰蓄積キャリアが増大し又トランジスタ１４のベ
ース側のインピーダンスが低下してしまう、このため、
フォトトランジスタのコレクタ電圧Ｖｐの立ち下がり及
び立ち上がりに対して、トランジスタ１４のベース電圧
ｖｂの立ち下がり及び立ち上がりが遅れ、しかもベース
電圧ｖｂの波形が歪んでしまう。従って、発光及び受光
素子を高速で走査する場合には同様に誤判断の原因とな
ってしまう。

（発明の目的） 本発明の目的は、外乱光等やスイッチングノイズの影響
を受けず、しかも高速で動作させても正確に座標信号を
送出する光学式座標入力装置を提供することにある。

（発明の概要） 本発明は、切換回路の切り換え時に座標信号を増幅して
出力するためのバイポーラトランジスタのベースに、ス
イッチング手段にて所定の電圧を印加すると共に、バイ
ポーラトランジスタに加わる座標信号のレベルをクラン
プ手段にて所定レベルに固定し、かつバイポーラトラン
ジスタのベースの過剰蓄積キャリア等をダイオードにて
そのコレクタ側に放電することを特徴とする。

（発明の実施例） 以下１本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
。

第２図は本発明に係る光学式座標入力装置の全体構成を
示す。即ち、この座標入力装置は、発光素子アレイ２０
と受光素子アレイ３０とを備えている０発光素子アレイ
２０は複数のＬＥＤ、〜ＬＥＤｎから成り、図示しない
ＣＲＴディスプレイの表示面の前面にＬ字状に配されて
いる。また、受光素子アレイ３０は複数のフォトトラン
ジスタＰ　Ｔ　＋　〜ＰＴｎから成り、これらフォトト
ランジスタＦＴ＋　〜ＰＴｎはＬＥＤ＋　〜ＬＥＤｎに
それぞれ対向して前記表示面の前面の反対位置にＬ字状
に配されている。ＬＥＤ＋〜ＬＥＤｎのアノード側は、
切換回路２２の各スイッチに接続されており、切換回路
２２には駆動回路２４が接続されている。駆動回路２４
にはＣＰＵ４０からの駆動信号Ｓｄが供給される。

フォトトランジスタＦ　Ｔ　ＩＮＰ　Ｔ　ｎは切換回路
１２を介して増幅部５０に接続されている。即ち、フォ
トトランジスタＦＴ＋〜ＰＴｎのエミッタは、第１図に
示すように、共通に接地され、各コレクタは切換回路１
２のそれぞれのスイッチＳＷ１〜ＳＷｎに接続されてい
る。各スイッチＳＷ、〜Ｓ　Ｗ　ｎはカップリングコン
デンサＣ１を介してＮＰＮ　）ランシフタ１４のベース
に接続されている。トランジスタ１４のコレクタには抵
抗Ｒ１、Ｒ２を介して電源Ｖｃｃが接続されている。ま
た、トランジスタ１４のコレクタにはカップリングコン
デンサＣ３を介して出力端子１６が接続されている。出
力端子１６からの後述する座標信号Ｓｘｙは、第２図に
示すように、ＣＰＵ４０に入力される。トランジスタ１
４のベースにはベース抵抗Ｒ３を介して電源Ｖｃｃが接
続されている。抵抗Ｒ７とＲ２との間には切換回路１２
を介してフォトトランジスタＰ　Ｔ　＋〜ＰＴｎに電圧
を印加するための抵抗Ｒ４が接続され、又これらの間に
は電源Ｖｃｃの変動分をバイパスするためのコンデンサ
Ｃ２が接続されている。

トランジスタ１４のコレクタ及びベースにはスイッチン
グ手段として用いられるＰＮＰトランジスタ５２のエミ
ッタ及びコレクタがそれぞれ接続されており、ＰＮＰ　
）ランシフタ５２のベースにはパルス処理回路６０が接
続されている。このパルス処理回路６０は、ＣＰＵ４０
から出力される駆動信号Ｓｄが入力されており、同様に
ＣＰＵ４０から出力される同期パルスの入力時点で駆動
信号Ｓｄが“Ｌ″レベルなるので、この駆動信号Ｓｄを
スイッチング信号ＳｓとしてＰＮＰ　トランジスタ５２
のベースに供給する。また、トランジスタ１４のベース
にはダイオード５４のカソード側が接続されている。こ
のダイオード５４はアノード側が接地され、カップリン
グコンデンサＣ１と共に下端クランプ回路を構成してい
る。そして、トランジスタ１４のベース及びコレクタ間
には放電用のダイオード５６が配されている。

次に、本発明に係る光学式座標入力装置の動作を第３図
の波形図を参照して説明する。

先ず、ＣＰＵ４０からの同期パルス（第３図（ａ）参照
）が切換回路１２及び２２に入力されると、切換回路１
２のスイッチＳ　Ｗ　＋及び切換回路２２のＬＥＤ、に
対応するスイッチが閉成されるので、フォトトランジス
タＦ　Ｔ　＋　のコレクタ電圧Ｖｐが、第３図（Ｃ）に
示すように、スイッチングノイズにより瞬間的に立ち下
がる。一方、同期パルスが切換回路に入力された時点で
は駆動信号Ｓｄは“Ｌ”レベルに保持され、又同期パル
スが同時にパルス処理回路６０に入力される。従って、
パルス処理回路６０からは、同期パルスの立ち下がりよ
り駆動信号Ｓｄの立ち上がりまでの間だけＬ°“レベル
の駆動信号Ｓｄがスイッチング信号ＳｓとしてＰＮＰ　
トランジスタ５２のベースに供給され、当該トランジス
タ５２がＯＮ状態に切り換わるので、トランジスタ１４
のベースに抵抗Ｒ１、Ｒ２及びＰＮＰ）ランシフタ５２
のエミッタ、コレクタを介して電圧が印加され、第１図
に示すように、電流Ｉｓが流れる。よって、トランジス
タ１４のベース電圧ｖｂは、第３図（ｄ）に示すように
、所定電圧、即ち、トランジスタ１４のベース・エミッ
タ間電圧Ｖｂｅ（＃０゜６Ｖ）と抵抗Ｒ３により設定さ
れるベースバイアス電圧よりも若干大きい電圧に保持さ
れる。この結果、第３図（ｅ）に示すように、トランジ
スタ１４にベース電流Ｉｂ　　（斜線で示す波形）が流
れ、そのコレクタ電圧が立ち下がるので、座標信号に第
３図（ｆ）で破線にて示すノイズ信号Ｎが加わることが
なくなる。

次に、ＣＰＵ４０から３個のパルス信号から成る駆動信
号Ｓｄが出力され、駆動回路２４にこの駆動信号が供給
されると、Ｌ　Ｅ　Ｄ　＋が駆動され、３個の光信号Ｓ
ｐが出力されるので、フォトトランジスタＰ　Ｔ　＋が
これら光信号を受光し、導通する。即ち、抵抗Ｒ＋　、
　Ｒ４、スイッチＳＷ、及びフォトトランジスタＦＴ、
のコレクタ・エミッタを介して電流が流れ、フォトトラ
ンジスタＦＴ。

のコレクタ電圧Ｖｐがパルス状に連続的に立ち下がる。

従って、トランジスタ１４のベースにカップリングコン
デンサＣＩを介して３個のマイナスのパルス電圧（第３
図（ｄ）参照）が加わるので、ベース電流Ｉｂが第３図
（ｅ）に示すように、パルス状に連続的に立ち下がる。

よって、トランジスタ１４のコレクタ電圧が立ち上がる
ので、出力端子１６より３個のパルス信号から成る座標
信号が出力される。ＣＰＵ４０はこの座標信号の入力で
パルスを計数し、所定数である「３」を得るので、座標
入力が存在しないと判断する。

次に走査すべきフォトトランジスタＰＴｚ　（１）コレ
クタ電圧Ｖｐが、その特性及び外乱光等により低下（第
３図（Ｃ）参照）している場合において、ＣＰＵ４０ｍ
ら同期パルスが出力されると、コレクタ電圧Ｖｐがスイ
ッチングノイズにより更に大幅に立ち下がる。この場合
にはパルス処理回路６０からのスイッチング信号Ｓｓに
よりＰＮＰトランジスタ５２かＯＮ状態に切り換わるの
で、上述したように、電流Ｉｓが通電される。一方。

フォトトランジスタＰ　Ｔ　ｚのコレクタ電圧Ｖｐのレ
ベルが大幅に低下すると、ダイオード５４のカソード側
がマイナス側に変化し、このアノード・カンード間の電
圧Ｖｄ（＃０．６Ｖ）よりマイナス側に変化した電圧分
に対応して、第１図に示すように、電流Ｉｄが流れる。

即ち、ダイオード５４がクランプ動作する。従って、ト
ランジスタ１４のベース電圧ｖｂは、電流Ｉｓ及びＩｄ
により第３図（ｄ）に示す如く補正され、そのベースバ
イアス電圧よりも大きい所定電圧に保持されることにな
る。よって、第３図（ｅ）に示すように、ベース電流Ｉ
ｂが流れ、座標信号にノイズ信号Ｎが含まれることがな
くなる。

次いで、ＣＰＵ４０から駆動信号Ｓｄを形成するパルス
信号が出力され、Ｌ　Ｅ　Ｄ　２が発光すると、フォト
トランジスタＰ　Ｔ　２が導通し、そのコレクタ電圧Ｖ
ｐが立ち下がるので、トランジスタ１４のベース電圧ｖ
ｂも立ち下がる。この場合ダイオード５４にはクランプ
動作により、第３図（ｄ）に示すように、電流Ｉｄが流
れて電圧Ｖｄが補正されるので、ベース電圧ｖｂの立ち
下がりレベルがクランプ（下端クランプ）される、更に
、駆動信号Ｓｄを形成するパルス信号が立ち下がり、フ
ォトトランジスタＰ　Ｔ　２のコレクタ電圧Ｖｐが立ち
上がる時点ではこの立ち上がり電圧がダイオード５４の
クランプ動作によりカップリングコンデンサＣ１を介し
てトランジスタ１４のベースに印加され、ベース電圧ｖ
ｂを立ち上げる。従って、フォトトランジスタＰ　Ｔ　
ｚのコレクタ電圧Ｖｐレベルが低下している場合でもト
ランジスタ１４にはベース電流が流れるので、出力端子
１６より３個のパルス信号から成る座標信号が出力され
る。よって、ＣＰＵ４０ｍでは座標入力が存在しないこ
とを正確に判断することができる。

ところで、トランジスタ１４にペース電ｉＩｂが流れる
と、過剰蓄積キャリアによりベースの電位が上昇するの
で、第３図（ｅ）の一点鎖線で示すように、ベース電流
Ｉｂの立ち上がり及び立ち下がりが遅れてしまう。また
、ダイオード５４のクランプ動作によりカップリングコ
ンデンサｃ１にはクランプ電流Ｉｄが流れ込むが、この
電流Ｉｄの流れ込む量にはばらつきが存在するので、ベ
ース電流Ｉｂの立ち上がりが更に不安定になってしまう
。しかるに、本発明装置では、トランジスタ１４のベー
スとコレクタ間にダイオード５６が配されているので、
カップリングコンデンサＣ１に流れ込んだクランプ電流
１ｄの過剰分はダイオード５６を介してトランジスタ１
４のコレクタに流れ込み、エミッタから放電される。ま
た。

トランジスタ１４のベースの過剰蓄積キャリアもダイオ
ード５６を介してそのコレクタに流れ込み、エミッタか
ら放電される。従って、トランジスタ１４のベースのコ
レクタに対する電位を常に一定に保持しておくことがで
きるので、所定波形を有するベース電流Ｉｂを得ること
ができる上にその立ち上がり時間も一定になる。よって
、カップリングコンデンサＣＩ　、Ｃ３の容量を小さく
し、光信号Ｓｐのパルス幅を３０７ｉｓｅｃ（通常は１
層５ｅｅ）に又パルス周期を小さく設定してもトランジ
スタ１４には所定波形でベース電流Ｉｂが供給される。

そして、ダイオード５４及びカップリングコンデンサＣ
１によりトランジスタ１４のベース電圧ｖｂを下端クラ
ンプする場合には、トランジスタ１４に必ず光信号Ｓｐ
に対応してベース電流Ｉｂが供給されるので、本発明の
入力装置を高速動作（走査）させても座標入力の存在の
有無を確実かつ正確に検出することができる。

第４図には他の実施例が示されている。即ち、この実施
例では、上記ダイオード５６に代えて、ＮＰＮ　）ラン
シフタ５８とツェナーダイオード５９とが用いられてい
る。このＮＰＮトランジスタ５８のコレクタとエミッタ
はトランジスタ１４のベースとコレクタにそれぞれ接続
されている。

そして、ツェナーダイオード５９はＮＰＮトランジスタ
５８のベースに接続されている。従って、クランプ電流
のＩｄの過剰会友・びトランジスタ１４のベースの過剰
蓄積キャリアはＮＰＮ　）ランシフタ５８を介してトラ
ンジスタ１４のコレクタに流れ込み、そのエミッタから
放電される。

上記実施例において、ＰＮＰトランジスタ５２に代えて
ＦＥＴを用いることもできる。この場合には更に入力装
置を高速で動作させることが可能である。

（発明の効果） 本発明によれば、バイポーラトランジスタのベースと受
光素子アレイとを接続する切換回路の切り換え時にスイ
ッチング手段にて前記ベースに所定の電圧を印加すると
共に、バイポーラトランジスタのベースに加わる座標信
号のレベルをクランプ手段にて所定レベルに固定し、か
つバイポーラトランジスタのベースのコレクタに対する
電位をダイオードの放電動作にて一定に保持するように
したことで、切換回路の切り換え時に発生するスイッチ
ングノイズに基づくノイズ信号が座標信号に含まれるこ
とがない上に、受光素子の光信号を受光するレベルが外
乱光等の影響で変化してもバイポーラトランジスタのベ
ースには所定波形のベース電流が座標信号として必ず加
わる。従って、パーソナルコンピュータ等に高速で、し
かも正確に座標信号を送出することができる光学式座標
入力装置を提供し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光学式座標入力装置の一実施例を
示す回路構成図、第２図は第１図の装置を全体的に示す
図、第３図は本発明の一実施例における各部の信号波形
を示す図、第４図は本発明の他の実施例に係る回路構成
図、第５図及び第６図は従来の光学式座標入力装置の回
路構成図とその各部の信号波形を示す図である。 １２．２２−−−−一切換回路、 １４−−−−−−一−ＰＮＰ　）ランシフタ、５２．５
８−−−一−ＮＰＮ　トランジスタ、２０−−−−−−
−一発光素子アレイ、３０−−−−一−−−受光素子ア
レイ ５４．５６−−−−−ダイオード、 Ｃ＋　、Ｃ３−−−−一カツブリングコンデンサ、ＦＴ
、〜ＰＴｎ−−−フォトトランジスタ。 ｉ１ｍｌ 第４５０ 第５　Ｌｍ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 発光素子アレイに対向して配され、各発光素子からの光
   信号を受光して座標信号を出力する受光素子アレイと、
   該受光素子アレイを前記発光素子にその走査に対応させ
   て切り換え接続する切換回路と、前記各受光素子に前記
   切換回路を介してベースが接続され、前記座標信号を増
   幅して出力するバイポーラトランジスタと、前記切換回
   路と前記バイポーラトランジスタのベースとを結合する
   カップリングコンデンサとを備える光学式座標入力装置
   であって、前記切換回路の切り換え時に閉成し、前記バ
   イポーラトランジスタのベースに所定の電圧を印加する
   スイッチング手段と、前記バイポーラトランジスタのベ
   ースに加わる座標信号を所定レベルに固定するクランプ
   手段と、前記バイポーラトランジスタのベース電流を調
   整する調整手段とを含むことを特徴とする光学式座標入
   力装置。