(57)【要約】【課題】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。【解決手段】受光手段（６ａ）から出力される光電変換信号を増幅する増幅手段（１８）を、光電変換信号とオフセット信号とを入力し、固定増幅率（Ａ）で増幅した増幅信号を出力する差動増幅回路（１８）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）で設定値となるように、オフセット信号を出力し、入力される増幅信号と、その増幅信号を出力する際に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。増幅信号は、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（Ａ）で増幅するので、入力操作による微小な変化であっても、確実に検出することができる。【選択図】　図５
2004147027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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
【図１】
2004147027.tif 000003
【図２】
2004147027.tif 000004
【図３】
2004147027.tif 000005
【図４】
2004147027.tif 000006
【図５】
2004147027.tif 000007
【図６】
2004147027.tif 000008
【図７】
2004147027.tif 000009
【図８】
2004147027.tif 000010
【図９】
2004147027.tif 000011
【図１０】
2004147027.tif 000012
【図１１】
2004147027.tif 000013