JP4094402B2 - 操作パネル入力装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に家電機器へ種々の入力操作を行う為の操作パネル入力装置に関し、更に詳しくは、操作パネルに触れずに入力操作が可能な操作パネル入力装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
【0003】
給湯器や洗濯機等の家電機器には、これらの機器を操作するための操作スイッチが集中して取り付けられた操作パネルが備えられている。操作者は、この操作スイッチのいずれかを指で押圧することによって、機器に対して所定の動作制御を行う。
【0004】
しかしながら、操作スイッチを直接指で押圧して操作する構造である為、可動部品を使用せざるを得ず、その耐久性に問題があり、また、操作スイッチの表面を指が触れることによって汚れ、操作パネルの美感を損なうという問題があった。
【0005】
このようなことから、操作パネルを直接指で触れずに所定の操作を実行することができる非接触式の操作パネル入力装置が知られている(例えば、特許文献1)。
【0006】
【特許文献1】
特開2000−100287(第4頁、図2)
【0007】
図9は、この従来の操作パネル入力装置100を示すもので、透明のアクリル板で形成された操作パネル101の内方に、家電機器への制御内容に対応させて複数組の光スイッチユニットU1(例えば、家電機器の電源をON制御する)、U2・・が配置されている。
【0008】
各組の光スイッチユニットUは、455KHZの固有周波数の赤外線検出信号を発光する赤外発光素子102と、赤外発光素子102から発光される赤外線検出信号を受光可能な赤外受光素子103とで構成されている。
【0009】
各光スイッチユニットUから発光される赤外線検出信号は、図10に示すように、互いに他の光スイッチユニットU1、U2・・から発光される赤外線検出信号と重複しないようように、所定の走査周期Tで繰り返し赤外発光素子102から発光される。
【0010】
図9に示すように、同一の光スイッチユニットUで対となる赤外発光素子102と赤外受光素子103は、隣り合うようにプリント配線基板104上に実装され、これらの光スイッチユニットUと操作パネル101の間には、赤外線のみを透過させる赤外フィルタ105が配設されている。
【0011】
従って、各組の赤外発光素子102から発光される赤外線検出信号は、その上方の赤外フィルタ105と操作パネル101を通過して外方に出力され、又、外来光の内、赤外線検出信号を含む赤外線のみが、その近傍の操作パネル101と赤外フィルタ105を透過して赤外受光素子103に到達する。
【0012】
赤外受光素子103の出力側には、455KHZの固有周波数の光電変換信号を通過させるバンドパスフィルタを介して、光スイッチユニットUへの入力操作を判定するマイコンが備えられている。従って、赤外受光素子103が、固有周波数の赤外線検出信号を受光した場合にのみ、その光電変換信号がマイコンへ入力される。これにより、自然光、他のリモコン送信信号などと、赤外発光素子102から発光された赤外線検出信号とを、受光手段103により識別することができる。
【0013】
光スイッチユニットUの近傍に、赤外線検出信号を反射させるような物体が存在しない場合には、所定の走査周期で赤外発光素子102から発光される赤外線検出信号を、同一光スイッチユニットUの対となる赤外受光素子103が受光することはなく、マイコンに、光電変換信号が入力されない。この状態では、マイコンは、光スイッチユニットUに対する入力操作は行われていないものと判定する。
【0014】
一方、下方に光スイッチユニットU1が配置された操作パネル101へ、例えば指を近づけて入力操作を行うと、赤外発光素子102から発光される赤外線検出信号は、操作パネル101の上方に接近する指で反射され、再び、操作パネル101と赤外フィルタ105を透過して、同じ光スイッチユニットU1の赤外受光素子103に入力される。マイコンは、赤外受光素子103で光電変換された光電変換信号を、同じ光スイッチユニットU1の赤外発光素子102が赤外線検出信号を発光したタイミングとほぼ同時に入力すると、その光スイッチユニットU1に対して入力操作が行われたものと判定し、家電機器に対して例えば電源をONとする制御信号を出力する。
【0015】
このときに、他の光スイッチユニットU2の赤外受光素子103においても、指で反射された赤外線検出信号を受光することがあるが、その光スイッチユニットU2の赤外発光素子102が赤外線検出信号を発光するタイミングと異なるタイミングで、光電変換信号がマイコンに入力されるので、その光スイッチユニットU2に対する入力操作とは認識しない。
【0016】
ところで、操作パネル101の上方に接近する指で反射され、再び、操作パネル101と赤外フィルタ105を透過して、赤外受光素子103に入力される赤外線検出信号は微弱なものであり、一般に、指を接近させていないときに赤外受光素子103に入力されるた受光量に比較してその増加分は、極めてわずかなレベルである。
【0017】
そこで、図11に示す操作パネル入力装置110では、赤外受光素子116で赤外線検出信号から光電変換した光電変換信号を、増幅回路111で増幅し入力操作を判定するマイコン112へ出力している(例えば、未公開特許文献1)。
【0018】
【未公開特許文献1】
特願2002−168461号(項目【0019】、図3)
すなわち、赤外発光素子113から発光され指114で反射された赤外線検出信号は、透明な操作パネル115を通過して、赤外受光素子116で受光される。赤外受光素子116は、この受光した赤外線検出信号を光電変換信号に変換して、出力側に接続された増幅回路111で増幅し、入力操作を判定するマイコン112へ出力している。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】
【0021】
この操作パネル入力装置110では、赤外受光素子116の受光量を表す光電変換信号を全て増幅回路111で増幅するので、例えば、マイコン112でA/D変換してその値を読み取る場合に、そのリファレンス電圧を越え読み取りできない場合が生じていた。
【0022】
そこで、光電変換信号の入力レベルによって増幅回路111の増幅率Aを変化させ、マイコン112による読み取り範囲内(A/Dコンバータの入力電圧範囲)内のレベルに安定化させて出力するAGC(オートゲインコントロール)回路を備えた増幅回路を用いたり、光電変換信号を微分回路に通して出力し、その変化分をマイコン112で検出する方法が考えられるが、指で反射された赤外線検出信号を受光することによる光電変換信号の微弱な増加量に比べて、走査周期T毎に赤外受光素子が点滅し、若しくは外来光が種々の要因で変化することによる光電変換信号のレベル変化がはるかに大きく、いずれの方法であっても、上記入力操作による増加分のみを正確に検出することが困難なものであった。
【0023】
このようなことから、直接操作パネルに触れずに入力操作を行うことが可能なこの種の操作パネル入力装置が望まれているにもかかわらず、その入力操作を正確に判定できず、普及の障害となっているものであった。
【0024】
本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、入力操作による受光量の増加分のみを拡大して検出し、これにより正確に入力操作を判定できる操作パネル入力装置を提供することを目的とする。
【0025】
また、外来光の変化による増加分のみを拡大し、これにより、外来光による受光量の微弱な変化を正確に判定し、入力操作と同じように外来光が変化することにより入力操作と誤判定した場合であっても、これを無効とする操作パネル入力装置を提供することを目的とする。
【0026】
【課題を解決するための手段】
【0027】
請求項1の操作パネル入力装置は、少なくとも一部が光透過部となった操作パネルと、操作パネルの内方に配置され、操作パネルの光透過部から外方へ光検出信号を発光する発光手段と、光透過部の外方で反射された光検出信号を受光可能な受光手段とを対として有する光スイッチユニットと、光スイッチユニットの発光手段に対し、少なくとも入力操作時間より短い走査周期で光検出信号を繰り返し発光させる発光制御手段と、発光手段が光検出信号を発光する走査周期内に定めた検出期間に、対となる受光手段に対し受光量を検出させ、受光量を表す光電変換信号を出力させる受光制御手段と、受光手段から出力される光電変換信号を増幅し、増幅信号を出力する増幅手段と、増幅信号から受光手段が検出した受光量を求め、光スイッチユニットに対する入力操作状態を判定する入力判定手段と、を備えた操作パネル入力装置であって、
増幅手段を、一対の入力端子から入力される光電変換信号とオフセット信号とを、固定した増幅率で増幅し、出力端子から増幅信号を出力する差動増幅回路で構成し、入力判定手段は、差動増幅回路から検出期間毎に入力される増幅信号の値が、次の走査周期の当該検出期間に予め設定した設定値となるように、差動増幅回路の一方の入力端子へオフセット信号を出力し、入力される増幅信号と、差動増幅回路がその増幅信号を出力する際に一方の入力端子から入力されたオフセット信号との各値から受光量を演算することを特徴とする。
【0028】
差動増幅回路の一方の入力端子に入力されるオフセット信号は、走査周期の検出期間ごとに受光手段から出力される光電変換信号との差を固定した増幅率で増幅したときに、一定値である設定値となるような値として出力されるので、差動増幅回路から出力される増幅信号の値は、設定値を中心に変化し、その変化量は、光電変換信号のレベル変化を増幅率で増幅した値となる。
【0029】
従って、入力操作による光電変換信号の値のわずかな増加は、入力判定手段に入力される増幅信号の値に増幅して表れ、一方、その際に差動増幅回路に入力されるオフセット信号の値は、一走査周期前に入力判定手段が出力したもので求めることができるので、既知の増幅率、オフセット信号及び入力された増幅信号の各値から算出し、入力操作による光電変換信号の値を拡大して読み取り、正確に入力操作状態を判定できる。
【0030】
この算出処理は、走査周期の特定した各検出期間毎に行うので、赤外受光素子が点滅する等の光電変換信号の値に大きな変化が発生する時間を含まず、オフセット信号値を大きく設定し直すことなく、速やかに算出できる。
【0031】
また、請求項2の操作パネル入力装置は、入力判定手段が、増幅信号をA/D変換して入力するA/D変換部と、D/A変換したオフセット信号を差動増幅回路の一方の入力端子へ出力するD/A変換部と、デジタル信号である増幅信号とオフセット信号とから受光量を演算する演算部とを有し、設定値は、A/D変換部がA/D変換可能な入力電圧範囲のほぼ中央に設定されることを特徴とする。
【0032】
設定値をA/D変換部の入力電圧のほぼ中央に設定するので、増幅信号の値は、入力電圧のほぼ中央を中心に変動し、光電変換信号の変化をA/D変換部で確実に読み取ることができる。
【0033】
また、請求項3の操作パネル入力装置は、走査周期内に定めた検出期間が、発光手段が光検出信号を発光する発光期間(ton)であり、発光期間(ton)に受光手段が検出した発光時受光量(Lon(c))を、少なくとも一走査周期前の発光期間(ton)に受光手段が検出した発光時受光量(Lon(o))と比較して、所定の入力しきい値を越えて増加したときに、光スイッチユニットに対する入力操作と判定することを特徴とする。
【0034】
操作体が光スイッチユニットUに接近すると、操作体で反射し受光手段に到達する光検出信号が増加し、その結果、新たに検出される発光時受光量は、少なくとも一走査周期前の発光時受光量に比べて増加し、この発光時受光量の変化を増幅した増幅信号を入力判定手段が読み取るので、変化量を所定の入力しきい値と比較することにより、入力操作のタイミングまで、正確に判定できる。
【0035】
また、内部散乱光や外来光が経年変化などで緩やかに変動しても、比較する発光時受光量の差には表れないので、これらの変動に影響されずに入力操作を判定できる。
【0036】
また、請求項4の操作パネル入力装置は、走査周期内に定めた検出期間が、発光手段が光検出信号を発光する発光期間(ton)と、光検出信号を発光させない消灯期間(toff)であり、入力判定手段は、発光期間(ton)と消灯期間(toff)のそれぞれについて、検出期間毎に入力される増幅信号の値が、次の走査周期の当該検出期間に予め設定した設定値となるようにオフセット信号を生成して、次の走査周期の当該検出期間に差動増幅回路の一方の入力端子へ生成したオフセット信号を出力し、消灯期間(toff)に受光手段が検出した消灯時受光量(Loff)を、少なくとも一走査周期前の消灯期間(toff)に受光手段が検出した消灯時受光量(Loff(o))と比較して、所定の環境しきい値を越えたときに、光スイッチユニットに対する入力操作の判定を、一定期間無効とすることを特徴とする。
【0037】
受光手段が検出する消灯時受光量には、光検出信号が含まれないので、入力操作とは無関係な外来光若しくは内部散乱光の光量が表れる。外来光若しくは内部散乱光の一時的な増加が、入力操作による受光量の増加と同程度に微弱なものであっても、消灯時受光量の変化を増幅した増幅信号を入力判定手段が読み取るので、変化量を所定の環境しきい値と比較することにより、外来光若しくは内部散乱光の一時的な増加とみなすことができる。
【0038】
従って、外来光若しくは内部散乱光の一時的な増加により、発光時受光量も増加し入力操作と判定されることがあるが、外来光若しくは内部散乱光の一時的な増加とみなして、入力操作の判定を一定期間無効とし、外来光などによる機器の誤動作を防止できる。
【0039】
入力判定手段から出力するオフセット信号の値は、走査周期の発光期間と消灯期間のそれぞれについて設定するので、発光時受光量と消灯時受光量間の値が大きく異なるものであっても、オフセット信号値を大きく設定し直すことなく、速やかに算出できる。
【0040】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る操作パネル入力装置1の一実施の形態を、図1乃至図8で説明する。
【0041】
図1は、操作パネル入力装置1の斜視図で、家電機器であるユニットバスに付帯する設備の給湯器(図示せず)に備えられるものである。本発明に係る操作パネル入力装置は、防水性が求められる洗濯機、風呂の給湯器などに特に適しているが、音響機器、空調機器など他の電気機器を制御する入力装置としてこれらに付属して備えるものでもよい。
【0042】
操作パネル入力装置1は、外方(図2において上方側)から、操作パネルとなる矩形の透明アクリル板3、液晶表示パネル4、バックライトパネル7、反射板9、プリント配線基板13が積層して配置されたもので、これらは、積層された状態で互いの対向面が貼り付けられ、合成樹脂製のケース2内に収容されている。
【0043】
ケース2は、外方に開口する枡形の基台2aと、枡形周囲に嵌合し、枡形の上方に固定枠22が突き出た押さえカバー2bとからなり、両者のフランジ部に挿通させる取り付けネジ23により一体化される。
【0044】
ケース2と透明アクリル板3との間には、接着剤、粘着剤等が塗布され、操作パネル入力装置1内に水滴、埃等が侵入しないようになっている。
【0045】
透明アクリル板3の周囲に固定枠22の厚み分の段差を設けることにより、透明アクリル板3とその周囲のケース2の表面は、同一平面上に整列する。
【0046】
液晶表示パネル4は、給湯器に対して入力操作を行う制御内容と、給湯器の動作に関する所定の表示を、透明アクリル板3を通して表示するもので、図1に示す給湯器では、主電源の入力、給湯動作のスタート、追いだきの選択等の入力操作を示す表示30a、30b、30c・・が、矩形枠で表示した操作エリア30A、30B、30C・・とともに表示される。また、この表示では、浴槽への給湯量31、給湯温度32が表示されている。
【0047】
この液晶表示パネル4による表示は、図示しない液晶ドライバーの制御により、表示されるもので、操作エリアと入力操作を示す表示30の位置と数、及びその他の表示は、給湯器の動作状態に応じて可変するようになっている。
【0048】
バックライトパネル7は、液晶表示パネル4の表示を内方から照光するもので、その端面に配置されるバックライト光源40(図3参照)からのバックライト光を、その内部に導光している。バックライトパネル7は、表面(液晶表示パネル4との対向面)に拡散シート7Aが貼り付けられた透明なアクリル板で形成され、また、背面側には、対向面を白色とした反射板9が配置されるので、バックライト光源から発光されるバックライト光は、バックライトパネル7の内部で、散乱しながら外方に導光される。これにより、透明アクリル板3の外方からは、特定のバックライト光源は確認されず、あたかも液晶表示パネル4による表示の背景全体がバックライト光により照光されたように見える。
【0049】
本実施例では、バックライトパネル7とバックライト光源40は、操作エリア30毎にしきり板33により区切られ、操作エリア30の背面を、異なる光源で照光するようになっている。
【0050】
反射板9は、上述のように表面に白色の塗料を塗布することにより、バックライトパネル7との対向面を白色とし、バックライト光を下方に逃げないようにバックライトパネル7内に反射させている。白色とするので、バックライト光を所定の色彩に着色すれば、液晶表示パネル4の背景は、その色彩に変化したように目視される。反射板9には、後述する発光素子5aの図3において上方(表面側)に出力側小孔34が、受光素子6aの上方に入力側小孔35が穿設されている。これらの小孔34、35は、例えば、内径が1乃至1.5mm程度の小孔であり、また、バックライトパネル7の表面側の拡散シート7Aにより光路が散乱されるので、透明アクリル板3の外方からは、目視されない。
【0051】
反射板9の背面側に取り付けられるプリント配線基板13には、操作パネル3に表示される操作エリア30A、30B、30C・・のそれぞれに対応させて光スイッチユニットU1、U2、U3、・・が配置されている(図4参照)。各光スイッチユニットUは、赤外発光素子5aを有する発光手段5と、赤外発光素子5aから発光される赤外光検出信号を受光可能な赤外受光素子6aを有する受光手段6とを、対として構成されている。本実施の形態では、赤外発光素子5aとして赤外発光ダイオードを、赤外受光素子として、ピンフォトダイオードをそれぞれ用いている。
【0052】
図3に示すように、同一光スイッチユニットUの赤外発光素子5aと赤外受光素子6aは、プリント配線基板13に穿設された出力孔36と入力孔37内に、それぞれの発光面と受光面を臨ませて、プリント配線基板13の背面側に実装されている。尚、赤外受光素子6aの受光面には、赤外光検出信号の赤外線のみを透過させる赤外フィルタ8が形成されている。
【0053】
出力孔36と入力孔37は、その表面側に積層された反射板9の出力側小孔34と入力側小孔35の内径よりやや大きい内径で、それぞれ出力側小孔34と入力側小孔35に同一軸線上に連通するもので、これにより、各光スイッチユニットUの赤外発光素子5aから発光される赤外光検出信号は、出力孔36と出力側小孔34を通過して、透明アクリル板3から外方に放射され、又、透明アクリル板3の外方から受ける光は、入力側小孔35と入力孔37を通過し、更に赤外フィルタ8を通過することにより、赤外光検出信号を含む赤外線が赤外受光素子6aに入力される。
【0054】
図4は、本実施の形態に係る操作パネル入力装置1の各回路構成を示すブロック図、図5は、その要部の回路構成を示すブロック図であり、以下、これらのブロック図に沿って操作パネル入力装置1をその作用とともに説明する。
【0055】
各光スイッチユニットU1、U2、U3の赤外発光素子5aは、それぞれマイコン10によって接続制御されるLEDマルチプレクサ16に接続し、発光制御手段として作用するマイコン10により制御される発光タイミングで赤外光検出信号を発光する。すなわち、図6に示すように、各スイッチユニットU1、U2、U3の赤外発光素子5aは、前後に0.5msecの消灯期間toffをおいて0.5msecの発光期間ton、他の赤外発光素子5aと重複しないタイミングで赤外光検出信号を発光するもので、前後の消灯期間toffには、いずれの赤外発光素子5aからも赤外光検出信号を発光しない。
【0056】
発光制御は、全ての赤外発光素子5aについて発光制御した後再び繰り返され、その一走査周期Tは、入力操作に要する時間に比べて短い時間に設定される。操作者が入力操作に要する時間は、個人差があるが経験的に50msecから200msecと推定し、ここでは50msecより短い15msecとしている。
【0057】
一方、各光スイッチユニットU1、U2、U3の赤外発光素子5aのそれぞれについて対となる赤外受光素子6aは、マイコン10によって接続制御されるPdマルチプレクサ17に接続し、受光制御手段としても作用するマイコン10で制御される検出期間に検出した受光量を光電変換して出力する。
【0058】
この赤外受光素子6aの検出期間は、対となる発光素子5aを発光制御する走査周期Tに同期するもので、それぞれ対となる赤外受光素子6aについてその検出期間が設定される。ここでは、図6に示す各スイッチユニットU1、U2、U3の対となる赤外発光素子5aが発光している発光期間tonを、それぞれの赤外受光素子6aの検出期間としている。
【0059】
図5に拡大して示すように、Pdマルチプレクサ17の出力側には、増幅率(電圧利得)Aが固定(ここでは、A=30倍)の差動増幅回路であるオペアンプ18が接続されている。このオペアンプ18の一方の非反転入力端子18bは、Pdマルチプレクサ17の出力に接続し、非反転入力端子18bに、各赤外受光素子6aのマイコン10で制御される検出期間に受光した受光量を表す光電変換信号が入力される。また、他方の反転入力端子18aは、マイコン10のD/Aコンバータ20に接続し、マイコン10で後述する方法で生成され、D/Aコンバータ20から出力されるオフセット信号が入力されるようになっている。
【0060】
従って、オペアンプ18の出力端子18cには、オフセット信号と光電変換信号の各値の差が増幅率Aで増幅された増幅信号が現れ、この増幅信号は、マイコン10のA/Dコンバータ19に出力される。
【0061】
A/Dコンバータ19は、マイコン10で演算処理するために、入力される増幅信号を2値データの増幅信号値に変換して演算部24へ出力するもので、ここでは、0乃至3.3Vの入力電圧を8ビットの2値データに変換するA/Dコンバータを用いている。
【0062】
また、D/Aコンバータ20は、演算部24から出力される8ビットの2値データで表されるオフセット信号値を、アナログ信号のオフセット信号に変換してオペアンプ18の反転入力端子18aへ出力するもので、ここでは、0から3Vまで変化する光電変換信号の値に合わせて、0乃至3.3Vのオフセット信号が出力されるようになっている。
【0063】
上述のように、赤外受光素子6aは、マイコン10で受光制御される発光期間ton中に光電変換信号を連続出力し、オペアンプ18の出力端子18cからは、発光期間tonに入力されたオフセット信号との差を増幅率Aで増幅した増幅信号が連続して出力されるが、図7に示すように、マイコン10ではこの各発光期間ton中に4回割込処理を行って(図中12から15の割込時間)、A/Dコンバータ19から増幅信号値を得ている。
【0064】
演算部24では、A/Dコンバータ19から読み込んだ4回の増幅信号値を平均して、その発光期間tonに入力された増幅信号値とするもので、これにより、1回の検出に誤差が生じても、演算して求める受光量への影響を減じている。
【0065】
マイコン10で生成され、D/Aコンバータ20から出力されるオフセット信号の値は、平均して求めた上述の増幅信号値が、次の走査周期Tの発光期間tonにおいて、同一レベルの光電変換信号がオペアンプ18に入力されたものと仮定し、予め特定の設定値となるように設定する。
【0066】
ここでは、設定値を、A/Dコンバータ19のリファレンス電圧(0,3.3V)の中央値(1.65V)に設定し、光電変換信号の変化が拡大されて増幅信号の変化に表れても、増幅信号の値をリファレンス電圧(0,3.3V)の中央を中心に変動させ、広範囲でA/D変換するようにしている。
【0067】
例えば、各2値データを10進で表し、新たにA/Dコンバータ19から読み込み平均して求めた増幅信号値をAD(c)、その増幅信号を出力する際に反転入力端子18aに入力されたオフセット信号を出力するためにD/Aコンバータ20に入力されるオフセット値をOF(o)、設定値を128とすれば、新たに生成しD/Aコンバータ20へ出力されるオフセット信号値OF(c)は、OF(c)=OF(o)+(AD(c)−128)/増幅率Aで表される。
【0068】
演算部24で生成されるオフセット信号値OF(c)は、8ビットデータであり、このオフセット信号値OF(c)は、発光期間ton毎に新たに生成され、少なくとも次の発光期間tonまで記憶部25に記憶される。
【0069】
演算部24では、赤外受光素子6aの発光期間tonの発光時受光量Lon(c)を、この増幅信号値AD(c)と、記憶部25から読み出す一走査周期T前のオフセット値OF(o)とから算出する。すなわち、増幅信号値AD(c)をD/A変換した増幅信号の値を増幅率Aで割り、オフセット信号値OF(o)をD/A変換したオフセット信号の値を加えれば、発光期間tonに赤外受光素子6aが光電変換した光電変換信号の値を算出でき、この算出値を赤外受光素子6aが検出した発光時受光量Lon(c)とする。
【0070】
尚、受光量を光電変換した光電変換信号の値は、各赤外受光素子6a毎に異なるので、オフセット信号値OF(c)は、各赤外受光素子6aについて発光期間ton毎に設定され、記憶部25に記憶される。
【0071】
検出した発光時受光量Lon(c)は、マイコン10において後述の発光時受光量Lon(o)と比較されるとともに、スイッチユニットU毎に、マイコン10に接続される4段からなるシフトレジスタ21の最下段に記憶される。
【0072】
同様の処理は、各スイッチユニットU1、U2、U3について走査周期T毎に繰り返され、新たに検出された発光時受光量Lon(c)がシフトレジスタ21の最下段に記憶されるとともに、各段に記憶された受光量は、順次上位段に移される。その結果、特定のスイッチユニットUについて、シフトレジスタ21の最上位段に記憶された発光時受光量Lon(o)は、同一スイッチユニットUについての新たな受光量検出時の4T時間前、つまり60msec前に検出した受光量を表すものとなる。
【0073】
図8は、特定のスイッチユニットUに対して、操作体である指11を接近させた後離間させる入力操作状態について、各走査周期T毎にマイコン10で検出した発光時受光量Lonを実線で結び、発光時受光量Lonの変化を表したグラフである。
【0074】
同図のT1乃至T2時は、入力操作前の待機状態であり、指11がスイッチユニットUから離間しているので、赤外受光素子6aは、外来光と内部で散乱する赤外光検出信号を受光し、発光時受光量Lonが1Vとなっている。
【0075】
この待機状態からの入力操作で指11を接近させると、指11で反射される赤外光検出信号が徐々に増加して発光時受光量Lonが増加し、最もスイッチユニットUへ接近させたT7時で約1.5Vのピークに達する。
【0076】
その後、指11を離間させていくと、反射される赤外光検出信号が徐々に減少して発光時受光量Lonも減少し、T12時で待機状態約の1Vに戻る。
【0077】
本実施の形態では、指11の接離に応じてこのように変化する発光時受光量Lonから入力操作状態を検出するもので、マイコン10で、新たに検出した発光時受光量Lon(c)を、シフトレジスタ21の最上位段に記憶された発光時受光量Lon(o)と比較して、所定の入力しきい値、ここでは0.3vを越えて増加したときに、入力操作と判定する。
【0078】
例えば、図8において、T5時の発光時受光量Lon(c)は1.25V、4T時間前の発光時受光量Lon(o)は1Vであるので、その差は入力しきい値を越えず、続くT6時に、発光時受光量Lon(c)が1.4V、4T時間前のT2時発光時受光量Lon(o)が1Vであるので、入力しきい値0.3Vを越え、入力操作と判定される。
【0079】
また、マイコン10で、新たに検出した発光時受光量Lon(c)を、シフトレジスタ21の最上位段に記憶された発光時受光量Lon(o)と比較して、所定の解除しきい値、ここでは0.3v以上減少したときに、入力操作の解除と判定する。
【0080】
例えば、図8において、T10時の発光時受光量Lon(c)は1.3V、4T時間前の発光時受光量Lon(o)は1.4Vであるので、解除しきい値は越えず、続くT11時に、発光時受光量Lon(c)が1.1V、4T時間前のT7時発光時受光量Lon(o)が1.5Vであるので、解除しきい値0.3Vを越え、入力操作の解除と判定される。
【0081】
マイコン10では、上記入力操作及び入力操作の解除の判定を、各スイッチユニットU1、U2、U3毎に、新たに検出した発光時受光量Lon(c)とシフトレジスタ21から読み出した発光時受光量Lon(o)と比較して行う。
【0082】
マイコン10において、特定のスイッチユニットUに対する入力操作と判定すると、そのスイッチユニットUについて対応づけられた命令を給湯器に対して実行する。例えば、主電源の入力の入力操作を示す表示30aを表示した操作エリア30Aの下方に配置されたスイッチユニットU1に対して入力操作と判定すると、給湯器の電源がONとなる。
【0083】
本実施の形態によれば、入力操作状態による光電変換信号の0.1V程度のわずかな変化部分のみを増幅手段18で拡大するので、発光素子5aの点滅による光電変換信号の大きなレベル変化があっても、A/Dコンバータ19の入力電圧範囲内で読み取り、確実にその入力操作状態を判定できる。
【0084】
更に、入力操作の解除のタイミングを含む各スイッチユニットU毎の入力操作状態を判定できるので、入力操作の解除の判定で別の命令を出力したり、入力操作と入力操作の解除を判定した時間間隔で、入力操作の判定を確定させるなどその判定結果を種々の用途に利用できる。
【0085】
また、経年変化や外来光が徐々に変化する影響を受けて、赤外受光素子6aが受光する発光時受光量Lonのレベルが徐々に変化する場合であっても、入力操作若しくは入力操作の解除の判定において比較する発光時受光量Lon(c)と発光時受光量Lon(o)のいずれもその影響を受けるので、その差には表れず、これらの変化があっても正確に入力操作状態を判定できる。
【0086】
上述の第1実施の形態では、室内のカーテンが開けられたり、照明が点灯される、虫などが接近するなどの種々の原因で、赤外受光素子6aに到達する外来光や内部散乱光が一時的に変化することがあり、これらの変化が希に入力操作による光量変化と同様に増加する場合には、入力操作と誤判定する恐れがある。
【0087】
このように誤判定するような状態を検出し、一定期間入力操作の判定を無効とし、家電機器などの被制御機器の誤動作を防止する目的で、以下に説明するこの第2実施の形態では、受光制御手段とし作用するマイコン10が、第1実施の形態で、図6に示す各スイッチユニットU1、U2、U3の赤外発光素子5aを発光させている発光期間tonに加えて、更に、その直前の消灯期間toffにおいても受光量を検出するものである。
【0088】
消灯期間toffにおいて受光量を検出する詳細は、発光期間tonにおける検出と同様で、図7に示すように、マイコン10では各消灯期間toff毎にそれぞれで4回割込処理を行って(図中12から15の割込時間)、A/Dコンバータ19から増幅信号値を得ている。
【0089】
演算部24では、消灯期間toffにA/Dコンバータ19から読み込んだ4回の受光量を平均して、新たに検出された増幅信号値とする。この増幅信号値から消灯時受光量Loff(c)を検出するにあたっても、発光時受光量Lon(c)の検出と同様である。
【0090】
すなわち、D/Aコンバータ20から出力されるオフセット信号の値は、新たに検出される増幅信号値が、次の走査周期Tの消灯期間toffにおいて、A/Dコンバータ19の入力電圧範囲の中央値(1.65V)となるように設定される。このオフセット値OF(o)は、発光期間tonについて記憶するオフセット値OF(o)と同様、各赤外受光素子6aについて各消灯期間toff毎に設定され、記憶部25に記憶される。
【0091】
赤外受光素子6aの消灯期間toffの消灯時受光量Loff(c)は、新たに検出した増幅信号値AD(c)と、記憶部25から読み出す一走査周期T前のオフセット値OF(o)とから算出する。
【0092】
すなわち、増幅信号値AD(c)をD/A変換した増幅信号の値を増幅率Aで割り、オフセット信号値OF(o)をD/A変換したオフセット信号の値を加えて、消灯期間toffに赤外受光素子6aが光電変換した光電変換信号の値を算出し、この算出値を赤外受光素子6aが検出した消灯時受光量Loff(c)とする。
【0093】
検出した消灯時受光量Loff(c)は、発光時受光量Lon(c)と同様に、スイッチユニットU毎にシフトレジスタ21の最下段に記憶され、新たに検出された消灯時受光量Loff(c)がシフトレジスタ21の最下段に記憶される毎に順次上位段に移される。
【0094】
マイコン10では、各スイッチユニットUについて、新たに検出された消灯時受光量Loff(c)と、シフトレジスタ21の最上位段に記憶された消灯時受光量Loff(o)、つまり4T時間(60msec)前に検出した消灯時受光量Loff(o)とを比較し、外来光と内部散乱光の異常増加を検出する。
【0095】
すなわち、新たに検出された消灯時受光量Loff(c)が、その4T時間前に検出した消灯時受光量Loff(o)に比べて、所定の環境しきい値、ここでは0.3vを越えて増加したときには、外来光と内部散乱光の異常増加と判定し、所定期間(例えば数秒)全てのスイッチユニットUについての入力操作の判定を無効とする。
【0096】
本実施の形態によれば、入力操作による変化量とほぼ同レベルの消灯時受光量Loff(c)の微小変化も拡大してA/Dコンバータ19の入力電圧範囲内で読み取るので、外来光などの微小変化を確実に検出でき、特定のスイッチユニットUが発光時受光量Lonの増加から入力操作と誤判定しても、その判定を無効とし、家電機器などで意図しない命令が実行されることを防止できる。
【0097】
また、発光期間tonと消灯期間toffで、光電変換信号の値が大きく異なるものであっても、それぞれのレベルに合わせた値のオフセット信号がオペアンプ18の他方の反転入力端子18aへ入力されるので、増幅信号は、いずれであってもほぼ設定値近傍の値に安定し、A/Dコンバータ19のリファレンス電圧を越えてオーバーフローすることがなく、確実にA/D変換される。
【0098】
上述の第1、第2実施の形態において、入力しきい値と環境しきい値は、入力操作状態を最も効果的に判定できるように任意に定められるものであり、上述の例に限るものではない。
【0099】
また、以上の実施の形態では、光検出信号として赤外光を用い、受光素子6aの受光面を、赤外光検出信号の赤外線のみを透過させる赤外フィルタ8で覆い、赤外光以外の外来光や内部散乱光が受光素子6aで受光されることを防止しているが、受光量を比較して入力操作状態が判定できれば、必ずしも、特定波長の光検出信号を用いる必要はない。
【0100】
更に、A/Dコンバータ19とD/Aコンバータ20は、それぞれマイコン10内に含めてもよく、別の回路としてもよい。
【0101】
更に、指11で入力操作を行う例で説明したが、指以外の専用入力ペン等を操作体と入力操作を行うものであってもよい。
【0102】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、入力操作による受光量の微小増加分のみを拡大して検出し、これにより正確に入力操作状態を判定することができる。
【0103】
また、請求項2の発明によれば、これに加えて、設定値がA/D変換部の入力電圧範囲のほぼ中央に設定されるので、増幅信号の値は、入力電圧のほぼ中央を中心に変動し、光電変換信号の変化をA/D変換部で確実に読み取ることができる。
【0104】
また、請求項3の発明によれば、入力操作のタイミングまで、正確に判定できる。
【0105】
更に、内部散乱光や外来光の経年変化などによる影響を受けずに入力操作を判定できる。
【0106】
また、請求項4の発明によれば、外来光の変化による増加分のみを拡大し、これにより、外来光による受光量の変化を正確に判定し、入力操作と同じように外来光が変化することにより入力操作と誤判定した場合であっても、これを無効とすることができる。
【0107】
更に、入力判定手段から出力するオフセット信号の値は、走査周期Tの発光期間と消灯期間のそれぞれについて、その期間内に入力される光電変換信号の値に対し設定するので、発光時受光量と消灯時受光量間の値が大きく異なるものであっても、オフセット信号値を大きく設定し直すことなく、速やかに算出できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る操作パネル入力装置1の斜視図である。
【図2】操作パネル入力装置1の縦断面図である。
【図3】図2の要部拡大縦断面図である。
【図4】操作パネル入力装置1の構成を示すブロック図である。
【図5】操作パネル入力装置1の要部構成を示すブロック図である。
【図6】操作パネル入力装置1の各光スイッチユニットUから発光される赤外光検出信号を示すタイミングチャートである。
【図7】 発光期間tonと消灯期間toff内に、受光量を読み込むタイミングを示すタイミングチャートである。
【図8】特定のスイッチユニットUに対して、指11を接近させた後離間させる入力操作状態において、発光時受光量Lonと消灯時受光量Loffの変化を表したグラフである。
【図9】従来の操作パネル入力装置100を示す縦断面図である。
【図10】従来の操作パネル入力装置100の光スイッチユニットUから発光される赤外線検出信号のタイミングチャートである。
【図11】操作パネル入力装置110の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 操作パネル入力装置
3 操作パネル(透明アクリル板)
5a 発光手段(赤外発光素子)
6a 受光手段(赤外受光素子)
10 マイコン(発光制御手段、受光制御手段、入力判定手段)
18 増幅手段(差動増幅回路、オペアンプ)
18a 反転入力端子
18b 非反転入力端子
18c 出力端子
19 A/Dコンバータ
20 D/Aコンバータ
U 光スイッチユニット
T 走査周期
Lon 発光時受光量
Lon(c) 新たに検出した発光時受光量
Lon(o) 一次記憶された発光時受光量
ton 発光期間
toff 消灯期間
Loff 消灯時受光量
Loff(c) 新たに検出した消灯時受光量
Loff(o) 一次記憶された消灯時受光量
Claims (4)
- 少なくとも一部が光透過部となった操作パネル(3)と、
操作パネル(3)の内方に配置され、操作パネル(3)の光透過部から外方へ光検出信号を発光する発光手段(5a)と、光透過部の外方で反射された光検出信号を受光可能な受光手段(6a)とを対として有する光スイッチユニット(U)と、
光スイッチユニット(U)の発光手段(5a)に対し、少なくとも入力操作時間より短い走査周期(T)で光検出信号を繰り返し発光させる発光制御手段(10)と、
発光手段(5a)が光検出信号を発光する走査周期(T)内に定めた検出期間に、対となる受光手段(6a)に対し受光量を検出させ、受光量を表す光電変換信号を出力させる受光制御手段(10)と、
受光手段(6a)から出力される光電変換信号を増幅し、増幅信号を出力する増幅手段(18)と、
増幅信号から受光手段(6a)が検出した受光量を求め、光スイッチユニット(U)に対する入力操作状態を判定する入力判定手段(10)と、を備えた操作パネル入力装置であって、
増幅手段(18)を、一対の入力端子(18a、18b)から入力される光電変換信号とオフセット信号とを、固定した増幅率(A)で増幅し、出力端子(18c)から増幅信号を出力する差動増幅回路で構成し、
入力判定手段(10)は、差動増幅回路(18)から検出期間毎に入力される増幅信号の値が、次の走査周期(T)の当該検出期間に予め設定した設定値となるように、差動増幅回路(18)の一方の入力端子(18b)へオフセット信号を出力し、
入力される増幅信号と、差動増幅回路(18)がその増幅信号を出力する際に一方の入力端子(18b)から入力されたオフセット信号との各値から受光量を演算することを特徴とする操作パネル入力装置。 - 入力判定手段(10)は、増幅信号をA/D変換して入力するA/D変換部(19)と、D/A変換したオフセット信号を差動増幅回路(18)の一方の入力端子(18b)へ出力するD/A変換部(20)と、デジタル信号である増幅信号とオフセット信号とから受光量を演算する演算部(24)とを有し、
設定値は、A/D変換部(19)がA/D変換可能な入力電圧範囲のほぼ中央に設定されることを特徴とする請求項1記載の操作パネル入力装置。 - 走査周期(T)内に定めた検出期間は、発光手段(5a)が光検出信号を発光する発光期間(ton)であり、
発光期間(ton)に受光手段(6a)が検出した発光時受光量(Lon(c))を、少なくとも一走査周期(T)前の発光期間(ton)に受光手段(6a)が検出した発光時受光量(Lon(o))と比較して、所定の入力しきい値を越えて増加したときに、光スイッチユニット(U)に対する入力操作と判定することを特徴とする請求項1または2記載の操作パネル入力装置。 - 走査周期(T)内に定めた検出期間は、発光手段(5a)が光検出信号を発光する発光期間(ton)と、光検出信号を発光させない消灯期間(toff)であり、
入力判定手段(10)は、発光期間(ton)と消灯期間(toff)のそれぞれについて、検出期間毎に入力される増幅信号の値が、次の走査周期(T)の当該検出期間に予め設定した設定値となるようにオフセット信号を生成して、次の走査周期(T)の当該検出期間に差動増幅回路(18)の一方の入力端子(18b)へ生成したオフセット信号を出力し、
消灯期間(toff)に受光手段(6a)が検出した消灯時受光量(Loff)を、少なくとも一走査周期(T)前の消灯期間(toff)に受光手段(6a)が検出した消灯時受光量(Loff(o))と比較して、所定の環境しきい値を越えたときに、光スイッチユニット(U)に対する入力操作の判定を、一定期間無効とすることを特徴とする請求項3記載の操作パネル入力装置。
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