JP2009032571A

JP2009032571A - 赤外線タッチスイッチ装置

Info

Publication number: JP2009032571A
Application number: JP2007196237A
Authority: JP
Inventors: Makoto Ishikawa; 誠石川; Takashi Higuchi; 隆司樋口
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-07-27
Filing date: 2007-07-27
Publication date: 2009-02-12

Abstract

【課題】タッチパネルの表面・裏面の反射光及びタッチパネル外からの太陽光等の外乱光によるＳ／Ｎの改善を容易に設定することが可能な赤外線タッチスイッチ装置を提供することを目的とする。
【解決手段】タッチパネル２の操作面の反対側に設けられる赤外線発光素子３ａと赤外線受光素子３ｂとを備える制御回路部４と、制御回路部４を収納するケース１とケース１の窓面に固定されるタッチパネル２とから成り、制御回路部４の制御基板４ａ上に設けられる赤外線発光素子及び赤外線受光素子の光軸とタッチパネルの両平面とを、所定角度でケースに固定し、赤外線発光素子から投光された赤外線が、タッチパネルの操作面及び該操作面と反対の裏面で反射し、赤外線受光素子で受光される該赤外線の反射光量を制限して、操作面の反射物７の有無を判別するようにしたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ケースの中に設けられた回路基板等に固定された赤外線タッチスイッチ装置に係り、特に、そのケースの窓ガラスからの外乱光に対するＳ／Ｎの向上に関する。

従来の赤外線タッチスイッチを図５に示す。図５において、赤外線発光素子１１と赤外線受光素子１２とは、操作パネル１３の操作面１４の反対側に設けられている。第１のマスク１５は、操作パネル１３と赤外線発光素子１１との間に設けられ、赤外線発光素子１１から出射される赤外線の光路を規定する。

また、第２のマスク１６は、操作パネル１３と赤外線受光素子１２との間に設けられ、赤外線受光素子１２に入射される赤外線の光路を規定する。この場合は、第１のマスク１５と第２のマスク１６とは、一体に構成されている。

以上の構成において、赤外線発光素子１１から出た赤外線は、赤外線光路を規定する第１のマスク１５と、操作パネル１３を通り、外部（操作面１４側）に放出される、直線Ａと直線Ｃとで挟まれた領域が発光領域となる。

外部（操作面１４側）から来た赤外線は、操作パネル１３、赤外線経路を規定する第２のマスク１６を通り赤外線受光素子２に入る、直線Ｂと直線Ｄで挟まれた領域が感度領域１７となる。

この感度領域１７に人（操作者）の指などの反射物が存在すると、赤外線が赤外線受光素子１２に戻ってくる。戻ってきた赤外線の大きさを判断することで、スイッチのオン、オフを判定している。

この赤外線受光素子１２が出力する光電流Ｉｃは、スイッチがオフのとき（反射物が無いとき）に、マスク１５、１６や操作パネル１３などで赤外線が反射、及び透過して赤外線受光素子１２に入力される光電流Ｉｏｆｆｓｅｔとなる。

このように、人の指などの反射物が無いときに赤外線受光素子１２に戻ってくるオフセット光の主要因で操作パネル１３からの反射光成分が赤外線受光素子１２に戻らないように、かつ反射物があった場合には、その乱反射成分を反射光として赤外線受光素子１２に戻すように、赤外線光路を規定する第１のマスク１１の開口部（赤外線通過部）を設定し、Ｓ／Ｎ比を向上させる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、太陽光などのオフセット光を遮断するために、操作面１３に視野絞りを備えた赤外線スイッチ装置がある（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００４−２２８１７８号公報（図１、第１頁）特許第３７５８１８１号公報（図１、第１頁）

しかしながら、特許文献１においては、Ｓ／Ｎ改善のために、操作パネルの表面（操作面）及び裏面からの反射光に対する、第１のマスク、及び第２のマスクの設定に関しては記述されているものの、操作面側からの太陽光等の外乱光に対する遮光の設定条件に関しては示唆する記述が無い。

同様に、特許文献２においても、Ｓ／Ｎ改善のために、視野絞りや遮光プレートが必要であることは記述があるものの、操作パネルの表面（操作面）及び裏面からの反射光と操作面側からの太陽光等に外乱光とに対する遮光の設定条件に関しては示唆する記述が無い。

また、いずれも、赤外線発光素子や赤外線受光素子は、通常、プリント基板等にハンダ付けされるので、視認できない赤外線に対して、操作パネルの表面裏面の反射光と操作パネル外からの外乱光とを遮光するための光学的な位置設定が面倒になる問題がある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、タッチパネル（従来技術では操作パネルと称した）の表面・裏面の反射光及びタッチパネル外からの太陽光等の外乱光によるＳ／Ｎの改善を容易に設定することが可能な赤外線タッチスイッチ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による請求項１に係る赤外線タッチスイッチ装置は、タッチパネルの操作面の所定位置に反射物が置かれたか否かを、該操作面と反対側で該反射物からの反射光を受光して、該反射光量の多寡によって判別する赤外線タッチスイッチ装置であって、平板から成る前記タッチパネルの操作面の反対側に設けられる赤外線発光素子と赤外線受光素子と備える制御基板部と、前記制御基板部を収納するケースと、前記ケースの窓面に固定される前記タッチパネルとから成り、前記制御基板部上に設けられる前記赤外線発光素子及び前記赤外線受光素子の光軸と前記タッチパネルの両平面とを、所定角度で前記ケースに固定し、前記赤外線発光素子から投光された赤外線が、前記タッチパネルの操作面及び該操作面と反対の裏面で反射し、前記赤外線受光素子で受光される該赤外線の反射光量を制限して、前記反射物の有無を判別するようにしたことを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明による請求項４に係る赤外線タッチスイッチ装置は、タッチパネルの操作面の所定位置に反射物が置かれたか否かを、該操作面と反対側で該反射物からの反射光を受光して、該反射光量の多寡によって判別する赤外線タッチスイッチ装置であって、前記タッチパネルの操作面の反対側に設けられる赤外線発光素子と赤外線受光素子と備える制御基板部と、前記制御基板部を収納するケースと、前記ケースの窓面に固定される前記タッチパネルとから成り、前記タッチパネルはガラスまたはプラスティクで成形し、前記赤外線発光素子から前記タッチパネル面上に投光される赤外線の投光エリアを覆うように、該タッチパネルの操作面の一部分を該操作面の反対側に凸曲面を成形し、前記赤外線の光軸と該凸曲面の頂点とを所定寸法離して配置し、該凸曲面の表面裏面で反射する赤外線が前記赤外線受光素子で受光される反射光量を制限し、前記タッチパネルの前記凸曲面以外を遮光エリアとしてマスキングするマスクプレートを該タッチパネルの操作面、該操作面の裏面、前記制御基板部上の何れかに取り付け、前記反射物の有無を判別するようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、タッチパネルの表面・裏面の反射光及びタッチパネル外からの太陽光等の外乱光によるＳ／Ｎの改善を容易に設定することが可能な赤外線タッチスイッチ装置を提供することが出来る。

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。

以下、本発明の実施例１について、図１乃至図３を参照して説明する。図１は、赤外線タッチスイッチ装置１０の構成を示す。図１（ａ）は、その光学的な設定条件を示し、図１（ｂ）は、その信号処理系統図を示す。

図１（ａ）において、赤外線タッチスイッチ装置１０は、赤外線スイッチ３を収納するケース１と、ケース１内に設けられる赤外線スイッチ３を制御基板４ａ上に搭載し、この赤外線スイッチ３を制御する制御回路部４と、制御基板４ａ上で、所定の位置に実装される赤外線発光素子３ａ、赤外線受光素子３ｂ、及び固定部材３ｃとからなる赤外線スイッチ３と、ケース１の一つの面に前記制御基板４ａと対向して設けられるタッチパネル２と、このタッチパネル２の操作面に貼り付けられるマスクプレート５とから成る。

このように構成される赤外線タッチスイッチ装置１０は、図１（ｂ）に示すように、制御回路部４で所定のタイミングで赤外線発光素子３ａを発光させ、この発光タイミングと同期して、反射物７からの反射光を赤外線受光素子３ｂで受光する。

次に、赤外線スイッチ３の光学位置設定について説明する。赤外線発光素子３ａは、例えば、赤外発光外オード（ＬＥＤ）で、赤外線受光素子３ｂは該赤外発光ダイオードに対応した分光感度特性を有するホトトランジスタで、通常、一対で成形されることが多いが、図１に示すように夫々が分離されているものでも良い。

赤外線発光素子３ａの発光部にはプラスティク等で成形された投光レンズを備え、ここから投光される赤外線は、所定の方向の範囲に放射する角度分布特性とガウス分布状の発光強度分布特性とを備える指向性を有する。その投光立体角をθｉとして破線で図示する。

また、赤外線受光素子３ｂの受光部は、プラスティク等で成形された受光レンズを備え、所定の受光立体角φｒとして破線で図示する。

通常、赤外線発光素子３ａと赤外線受光素子３ｂとは、一体に成形され、通常、投光立体角φｉと受光立体角φｒとは、ほぼ同じ値に成形され、赤外線の投光方向前方に所定の距離で、所定の範囲をオーバーラップさせ、このオーバーラップ領域を反射物からの反射光の感度領域として設定する。

また、赤外線発光素子３ａと赤外線受光素子３ｂとは、固定部材３ｃでタッチパネル２と並行に設けられる制御基板４ａ上に所定の支持角∠θsで固定される。

先ず、タッチパネル２の操作面に投光される赤外線の操作面に対する投光角∠θｉは、固定部材３ｃの支持角∠θｓで固定され、投光角∠θｉの光軸をタッチパネル２の水平面に対して傾斜させ、タッチパネル２の操作面におかれる指などから反射される拡散反射光が、有効に受光される有効受光角φｒａで、赤外線受光素子３ｂで受光される。

投光する赤外線の投光角∠θｉを大きく傾斜させ、投光立体角φｉが９０度以下の範囲と成るようにして、投光エリアから散乱される成分を後方散乱成分のみとする後方散乱光学系とすると、タッチパネル２からの反射光は完全に除去される。

即ち、投光する赤外線の投光角∠θｉを傾斜させ、タッチパネル２の操作面及び裏面で反射される反射光成分が、所定の値以下になるように赤外線受光素子３ｂで受光されないように制限する。

しかしながら、投光角∠θｉを傾斜させると反射物からの後方散乱光成分も減じるので、反射物からの反射光量とタッチパネル２の表面・裏面からの反射光量の割合とから、最適なＳ／Ｎ比が得られる入射角∠θｉを予め決定しておき、固定部材３ｃの支持角∠θｓと設定し、制御基板４ａ上で一義的に決まるようにしておく。

このようにして設定される赤外線スイッチ３の支持角∠θｓで設定された操作面の感度領域（ここでは、以後、操作エリアＡと言う。）に対して、それ以外のエリアを遮光エリアＢとし、図１（ｃ）に示すような、マスクプレート５をタッチパネル２の操作面、または、その裏面に貼り付ける。

即ち、タッチパネル２からの反射光を、赤外線スイッチ３の支持角∠θｓを予め決定して所定のＳ／Ｎ以上と成るようにしておき、この条件で定まる操作エリアＡ以外をマスキングして操作面外からの外乱光を遮断する。

但し、赤外線発光素子３ａの投光立体角φｉと、及び、赤外線受光素子３ｂの受光立体角φｒとは、元々狭い立体画に限定されているので、マスキング無しでも外乱光の条件によっては、そのままでも使用可能である。

この場合には、タッチパネル５の表面に操作エリアをマーキングして置けば良い。

また、マスクプレートは、予め定めた赤外線スイッチ３の支持角∠θｓの条件で、制御基板４ａ上に固定することも可能である。

このように設定された赤外線タッチスイッチ装置１０は、支持角∠θｓを予め設定して置けば、固定部材３ｃを用意するだけで、投光エリアＡを一義的に設定することが出来る。

そして、設定された投光エリアＡに対し、遮光エリアＢは、操作面上で内部のケース１内部の光学条件を操作することなく、マスクプレート５の位置とサイズを操作面側で設定することで、太陽光等の外乱光を容易に制限することが可能となる。

マスクプレート５は、タッチパネル２の操作面、または、裏面に黒色塗料を塗布することや、不透明なプラスチックの遮光エリアＢの透過率抑えることによっても代替可能である。

また、タッチパネル２の傾斜取り付けが可能な場合には、図２に示すように、制御基板４ａ上の赤外線スイッチ３は水平に取り付け、タッチパネル２を∠θｓ傾斜させて、図１と同じような光学条件を設定することも可能である。

また、赤外線投光素子３ａと赤外線受光素子３ｂとが、一体成形されていない場合には、図３に示すように、制御基板４ａ上に取り付ける支持角∠θｓ１及び∠θｓ２を個別に設定することも可能であるが、投光エリア及び遮光エリアの設定は、図１で説明したものと同様に決定される。

図４は、本発明の実施例２の赤外線タッチスイッチ装置１０の光学系の構成図である。この実施例２の各部について、図１の実施例１の赤外線タッチスイッチ装置１０の各部と同一部分は、同一符号で示しその説明を省略する。

この実施例２が、実施例１と異なる点は、実施例１では、タッチパネル２aの操作面及びその裏面からの反射光は。投光する赤外線の投光角∠θｉを変えて制限したが、本実施例２においては、タッチパネル２ａはガラスまたはプラスティクで成形し、赤外線発光素子３ａからタッチパネル２ａ面上に投光される赤外線の投光エリアを覆うように、タッチパネル２ａの操作面の一部分を操作面の反対側に凸曲面を成形し、投光する赤外線の光軸と凸曲面の頂点とを所定寸法ｄ離して配置し、凸曲面の表・裏面で反射する赤外線が赤外線受光素子３ｂで受光される反射光量を制限するようにしたことにある。

さらに、タッチパネル２ａの凸曲面以外を遮光エリアとしてマスキングするマスクプレート５をタッチパネル２ａの何れかの面に貼り付け反射物の有無を判別するようにした。

したがって、予め所定寸法ｄを設定することで、タッチパネル２ａによる外乱光の除去が一義的に容易に削減できる。

尚、本発明は上述したような実施例に何ら限定されるものでなく、赤外線スイッチの指向特性によって、投光角、受光角、及び遮光エリアは本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜を変えることが可能である。

本発明（実施例１）の赤外線タッチスイッチ装置の構成図。本発明の実施例１の変形例。本発明の実施例１のその他の変形例。本発明（実施例２）の赤外線タッチスイッチ装置の構成図。従来の赤外線タッチスイッチの説明図。従来の赤外線タッチスイッチの反射光対策の説明図。

符号の説明

１、１ａケース
２、２ａタッチパネル
３赤外線スイッチ
３ａ赤外線発光素子
３ｂ赤外線受光素子
３ｃ固定部材
４制御回路部
４ａ制御基板
５マスクプレート
１０赤外線タッチスイッチ装置
１１赤外線発光素子
１２赤外線受光素子
１３、１７操作パネル
１４操作面
１５第１のマスク
１６第２のマスク

Claims

タッチパネルの操作面の所定位置に反射物が置かれたか否かを、該操作面と反対側で該反射物からの反射光を受光して、該反射光量の多寡によって判別する赤外線タッチスイッチ装置であって、
平板から成る前記タッチパネルの操作面の反対側に設けられる赤外線発光素子と赤外線受光素子と備える制御基板部と、
前記制御基板部を収納するケースと、
前記ケースの窓面に固定される前記タッチパネルと
から成り、
前記制御基板部上に設けられる前記赤外線発光素子及び前記赤外線受光素子の光軸と前記タッチパネルの両平面とを、所定角度で前記ケースに固定し、前記赤外線発光素子から投光された赤外線が、前記タッチパネルの操作面及び該操作面と反対の裏面で反射し、前記赤外線受光素子で受光される該赤外線の反射光量を制限して、前記反射物の有無を判別するようにしたことを特徴とする赤外線タッチスイッチ装置。
前記制御基板部は、前記赤外線発光素子から投光される赤外線の前記タッチパネルへの投光角を９０度以下となるように固定し、該赤外線発素子の投光立体角と前記赤外線受光素子の受光立体角とがラップする前記タッチパネル面上の感度領域を前記操作面の操作エリアとし、前記タッチパネルの表面に該操作エリアをマーキングしたことを特徴とする請求項１に記載の赤外線タッチスイッチ装置。
前記タッチパネルをガラス板とし、該ガラスの前記操作面または前記裏面に前記操作エリア以外を遮光エリアとして前記ガラスの透過率を変えて該操作面上から視認できるように該ガラスを成形したことを特徴とする請求項２に記載の赤外線タッチスイッチ装置。
前記操作エリアの光を透過し、該操作エリア以外をマスクするマスクプレートを前記制御基板部上に固定したことを特徴とする請求項２に記載の赤外線タッチスイッチ装置。
タッチパネルの操作面の所定位置に反射物が置かれたか否かを、該操作面と反対側で該反射物からの反射光を受光して、該反射光量の多寡によって判別する赤外線タッチスイッチ装置であって、
前記タッチパネルの操作面の反対側に設けられる赤外線発光素子と赤外線受光素子と備える制御基板部と、
前記制御基板部を収納するケースと、
前記ケースの窓面に固定される前記タッチパネルと
から成り、
前記タッチパネルはガラスまたはプラスティクで成形し、前記赤外線発光素子から前記タッチパネル面上に投光される赤外線の投光エリアを覆うように、該タッチパネルの操作面の一部分を該操作面の反対側に凸曲面を成形し、前記赤外線の光軸と該凸曲面の頂点とを所定寸法離して配置し、
該凸曲面の表面裏面で反射する赤外線が前記赤外線受光素子で受光される反射光量を制限し、
前記タッチパネルの前記凸曲面以外を遮光エリアとしてマスキングするマスクプレートを該タッチパネルの操作面、該操作面の裏面、前記制御基板部上の何れかに取り付け、前記反射物の有無を判別するようにしたことを特徴とする赤外線タッチスイッチ装置。