操作入力装置
【課題】人指のみを選択的に検出し、それによる反射光を効率よく受光素子に導き、受光量を増加し、確実な操作入力が可能となる信頼性の高い操作入力装置を提供すること。
【解決手段】複数の異なる波長を照射し、指などの反射物体による反射光を受光して、その各々の受光量と第一の閾値保持手段の出力する第一の閾値とからキースイッチ操作の有無を判別し、且つ、前記各々の受光量と第二の閾値保持手段の出力する第二の閾値とから大人と幼児の指を判別して、幼児による機器の操作禁止できるため、確実な操作入力が可能で信頼性の高い操作入力装置となる。
【解決手段】複数の異なる波長を照射し、指などの反射物体による反射光を受光して、その各々の受光量と第一の閾値保持手段の出力する第一の閾値とからキースイッチ操作の有無を判別し、且つ、前記各々の受光量と第二の閾値保持手段の出力する第二の閾値とから大人と幼児の指を判別して、幼児による機器の操作禁止できるため、確実な操作入力が可能で信頼性の高い操作入力装置となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、家庭用電化機器の光学式の操作入力装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、給湯器、洗濯機、クッキングヒータなどの家庭用電化機器には、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、防滴機能を有するパネル型の操作入力装置が備えられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図８は、上記特許文献１に記載された従来の調理器のスイッチ操作装置の側断面図である。図８において、調理器本体の外殻１に設けられた操作パネル装着部６に、あらかじめ防水フィルム９を表面に一体成型した操作パネル５を接着し、内部の制御回路基板４上のプッシュスイッチ２を、スイッチ操作ボタン１４を介して操作ボタン部１０より操作することにより、内面への水密性が確保できるとともに、表面は滑らかな質感があり、調理時の熱にも充分耐えうる構成となっている。この防水フィルム９は弾力性を有する電気絶縁材、例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂性のフィルムをたわみをもたせて成形すれば、常時は中央部が弾発しており、押圧すると下方に反転し、押圧を解くと反転して元に復帰するため、プッシュスイッチ２のバネ力のみによるものより、明確なスナップ機能を有する。
【０００４】
また、機械的作動部分を必要せず、操作感が軽快で、機密性をより高くした静電容量式や光学式の操作入力装置も知られている（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。
【０００５】
また、医療用機器として、複数の波長の光または赤外線を用いて脈波に対応する電気信号を導出する脈波検出機器や、血中飽和酸素濃度の検出機器が知られている。可視光線と赤外線とを発光し、受光部でそれぞれ別個に受光すると、波長による受光強度の差に基づいて、ヘモグロビンの酸化状態を判定することができる。ヘモグロビンの酸化状態は、血液中の飽和酸素濃度に対応するので、予め標準的な酸素濃度に対応して検量線などを作成しておけば、飽和酸素濃度として算出することができるものである（例えば、特許文献４参照）。
【０００６】
図９は、上記特許文献２に記載された従来の加熱調理器の本体斜視図（ａ）と、操作部の断面図（ｂ）である。図９において、誘導加熱式の調理部２４，２５を、プレート２２上において使用者が調理を行う手前側左右に配置し、ヒータ加熱式の調理部２６を中央奥側に配置する。これらの加熱調理部２４，２５及び２６に対応する操作・表示部２７，２８及び２９を加熱調理部２４，２５及び２６の手前側に設けて、その接触部２７ａ，２８ａ及び２９ａをプレート２２の表面側から使用者が接触することにより、プレート２２の下方に配置された静電容量式のスイッチ４３が操作可能となるように構成する。操作スイッチ４３は、操作回路基板４２上に銅泊で形成された平面状電極４３ａ（図示せず）と、この平面状電極４３ａの周囲を取り囲むシールド用電極４３ｂ（図示せず。操作スイッチ４３の接触範囲を確定するために設けられ、アースされている）とから構成されている。操作手段が存在する位置に対応する強化ガラス製のプレートの表面に直接、スイッチ機能を配することができると共に、操作子、操作釦などの突起物が無い平面状にすることができ、清掃などがより容易となるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−２０９８４９号公報
【特許文献２】特開平１０−２１４６７７号公報
【特許文献３】特開２０００−１００２８７号公報
【特許文献４】特開２００１−４６３４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来の構成では、防水フィルムを一体成型した操作パネルや、抵抗被膜方式のタッチパネルでは、フィルム材料の耐熱温度の制限から、調理中に高温（炒め物時は最高３５０℃）となった鍋を直置きすることはできない。また、静電容量式のスイッチでは、プレート上に調味液や水がこぼされた場合にも、操作入力があったとして受け付けてしまうという課題を有していた。
【０００９】
また、光学式のスイッチでは、人指以外の反射物体、例えば、布巾や紙といったものが、キースイッチ操作面に誤って置かれた場合にも、操作入力があったとして受け付けてしまうという課題を有していた。
【００１０】
さらに、前記従来の健康状態監視装置をそのまま加熱調理器に応用した構成では、人指からの反射光が操作入力装置の接触部である保護フィルムやプレートを透過する間に減衰するため、受光素子での検出能力が低下し、確実な操作が行えないという課題を有していた。
【００１１】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、人指のみを選択的に検出し、それによる反射光を効率よく受光素子に導き、受光量を増加し、確実な操作入力が可能となる信頼性の高い操作入力装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記従来の課題を解決するために、機器のキースイッチ操作面を有する透光性のプレートと、前記プレートの操作面の裏側に配置したピーク波長が異なる光を発光する発光素子と、前記発光素子からの光がプレート上の操作面の表側に触れられた指などの反射物体により反射された反射光を検出する受光素子と、前記発光素子の波長を切り換える波長選択手段と、前記波長選択手段により選択された前記発光素子からの受光量を波長別、及び前記キースイッチ別に記憶する記憶手段と、反射光の有無を判別するための第一の閾値を保持する第一の閾値保持手段と、指の大小を判別するための第二の閾値を保持する第二の閾値保持手段と、前記記憶手段の記憶する各々の受光量と第一の閾値保持手段の出力する第一の閾値とからキースイッチ操作の有無を判別し、且つ、各々の受光量と第二の閾値保持手段の出力する第二の閾値とから大人と幼児の指を判別する判別手段とを備え、幼児の操作による機器の動作を禁止することで、確実な操作入力が可能となり、安全性の高い操作入力装置となる。
【００１３】
また、前記の波長選択手段が切り換える波長を、機器のキースイッチ操作面を有する透光性のプレートの光透過特性である０．５μｍ〜３．５μｍの間で、且つ、人指の分光的特性に基づき設定することで、人指のみを選択的に検出することが可能となり、信頼性の高い操作入力装置とすることができる。
【００１４】
また、前記プレートの下面に照度センサを設け、太陽光や、強い照明下では第一の閾値保持手段が保持する第一の閾値と、第二の閾値保持手段が保持する第二の閾値を、通常より大きな所定の値に補正することで、より信頼性の高い操作入力装置となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の操作入力装置は、複数の異なる波長を照射し、指などの反射物体による反射光
を受光して、その各々の受光量と第一の閾値保持手段の出力する第一の閾値とからキースイッチ操作の有無を判別し、且つ、前記各々の受光量と第二の閾値保持手段の出力する第二の閾値とから大人と幼児の指を判別して、幼児による機器の操作禁止できるため、確実な操作入力が可能で信頼性の高い操作入力装置となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１における操作入力装置の操作パネル平面図（ｂ）本発明の実施の形態１における操作入力装置の要部断面図
【図２】本発明の実施の形態１における操作入力装置のブロック図
【図３】（ａ）本発明の実施の形態２における操作入力装置の要部断面図（ｂ）本発明の実施の形態２における操作入力装置の第二の導光体の要部断面図
【図４】本発明の実施の形態２における操作入力装置のブロック図
【図５】反射物体の吸光度と波長との相関を示すグラフ
【図６】（ａ）本発明の実施の形態３における操作入力装置を搭載するジャー炊飯器の要部断面図（ｂ）本発明の実施の形態３における操作入力装置を搭載するジャー炊飯器の平面図
【図７】本発明の実施の形態４における操作入力装置のブロック図
【図８】従来の防水フィルム一体型操作入力装置の要部断面図
【図９】（ａ）従来の加熱料理器の斜視図（ｂ）従来の加熱料理器の要部断面図
【図１０】本発明の実施の形態５における操作入力装置のブロック図
【図１１】本発明の実施の形態６における操作入力装置のブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
第１の発明は、機器のキースイッチ操作面を有する透光性のプレートと、前記プレートの操作面の裏側に配置したピーク波長が異なる光を発光する発光素子と、前記発光素子からの光がプレート上の操作面の表側に触れられた指などの反射物体により反射された反射光を検出する受光素子と、前記発光素子の波長を切り換える波長選択手段と、前記波長選択手段により選択された前記発光素子からの受光量を波長別、及び前記キースイッチ別に記憶する記憶手段と、反射光の有無を判別するための第一の閾値を保持する第一の閾値保持手段と、指の大小を判別するための第二の閾値を保持する第二の閾値保持手段と、前記記憶手段の記憶する各々の受光量と第一の閾値保持手段の出力する第一の閾値とからキースイッチ操作の有無を判別し、且つ、各々の受光量と第二の閾値保持手段の出力する第二の閾値とから大人と幼児の指を判別する判別手段とを備え、幼児の操作による機器の動作を禁止することで、確実な操作入力が可能となり、安全性の高い操作入力装置となる。
【００１８】
第２〜第４の発明は、波長選択手段が切り換える波長を、機器のキースイッチ操作面を有する透光性のプレートの光透過特性である０．５μｍ〜３．５μｍの間で、且つ、短波長側の波長を血液中のヘモグロビンが吸収特性を示す０．６５μｍ以下とし、長波長側の波長を水の吸収特性を示さない１．５μｍ未満、且つ、０．６５μｍ以上とすることで、人指の分光的特性に基づき設定することで、人指のみを選択的に検出することが可能となり、信頼性の高い操作入力装置とすることができる。
【００１９】
第５の発明は、特に第１〜４のいずれか１つの発明において、キースイッチ操作面に指の形状に楕円形の溝を設け、前記溝内に発光素子及び受光素子を配置して、操作性を向上させるとともに、外乱光による影響を低減させ、確実な操作入力が可能となる。
【００２０】
第６の発明は前記プレートの下面に照度センサを設け、太陽光や、強い照明下では第一の閾値保持手段が保持する第一の閾値と、第二の閾値保持手段が保持する第二の閾値を、通常より大きな所定の値に補正することで、より信頼性の高い操作入力装置とすることができる。
【００２１】
第７の発明は前記照度センサの出力に応じて、前記発光素子の発光量を所定量だけ大きくすることで、より信頼性の高い操作入力装置となる。
【００２２】
第８の発明は前記照度センサの出力に応じて、前記受光素子の受光量から所定量だけ減じることで、より信頼性の高い操作入力装置となる。
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２４】
（実施の形態１）
図１（ａ）は本発明の第１の実施の形態における操作入力装置を搭載する家庭用電化機器の一例として誘導加熱調理器の平面図、図１（ｂ）は同操作入力装置の要部断面図、図２は同操作入力装置のブロック図である。
【００２５】
図１、図２において、被加熱物を載置する透光性の耐熱強化ガラスなどからなるプレート５０上には、キースイッチ操作面５１と、加熱電力量の表示５２を有している。キースイッチ操作面５１には調理器の制御内容を示す絵柄（アイコン）がキースイッチ５１ａ〜５１ｃとして印刷されており、使用者はこのキースイッチ５１ａ〜５１ｃの中の一つのアイコンを指５３で触れることで調理器を操作するものである。操作回路基板５４上には、キースイッチ５１ａ〜５１ｃ毎に設けた、単一の素子で異なる複数の波長の光を照射する発光素子５５ａ〜５５ｃと、波長選択手段５６と、指５３で反射されたこの複数の波長の反射光を受光する単一の受光素子５７と、この受光素子５７の検出した光電流を電圧に変換するＩ−Ｖ変換手段５８と、このＩ−Ｖ変換手段５８の出力する各キースイッチ及び各波長毎の受光量に比例した電圧（Ｅ１ａ、Ｅ２ａ、Ｅ１ｂ、Ｅ２ｂ、Ｅ１ｃ、Ｅ２ｃ）を記憶する記憶手段５９と、この記憶手段５９の出力より、前記複数の波長の反射光の受光量比（Ｅ１ａ／Ｅ２ａ、Ｅ１ｂ／Ｅ２ｂ、Ｅ１ｃ／Ｅ２ｃ）と、第一の閾値保持手段６１が保持する第一の閾値Ｅ３とから演算してキースイッチ５１ａ〜５１ｃの操作の有無を判別し、第二の閾値保持手段６２が保持する第二の閾値Ｅ４と、前記の複数の波長の反射光の受光量比から演算して、大人と幼児の指を判別する判別手段６０が実装してある。
【００２６】
また、発光素子５５ａ〜５５ｃとプレート５０の間、及び、プレート５０と単一の受光素子５７の間にＶ字型の導光体６１が設けてある。プレート５０と、照射光と指５による反射光を効率よく伝播させるため、導光体６１との間は空気層を挟まないように、光学接着剤６２で満たしており、発光素子５５ａ〜５５ｃと受光素子５７は操作回路基板５４に所定の角度で対向するように固定している。
【００２７】
なお、導光体６３はプレート５０の屈折率（≒１．５４１）に近い値の材料で作られている。例えば、屈折率制御（低屈折率下）を行ったポリカーボネートや、エポキシ系樹脂に硫黄やフッ素を含有させ、その含有量を制御（±０．００１の精度で制御可能）した樹脂、あるいは、非晶質の透明プラスチックであるポリオレフィン樹脂と複数元素との複合化した樹脂などを用いている。これにより、発光素子５５ａ〜５５ｃから照射された光はプレート５０下面で反射することなく、ほぼ全てが指５３へ照射される。さらに、導光体６３の受光素子側は、指５３がキースイッチ５１ａ〜５１ｃのどの位置に触れられても、反射光の受光素子５７までの光路がほぼ等しくなるように計算した楕円放物面（ｘ２／ａ２＋ｙ２／ｂ２＝２ｚ）または双曲放物面（ｘ２／ａ２−ｙ２／ｂ２＝２ｚ）を用いている。導光体６１の屈折率をプレート５０の屈折率に合わせてあるため、指５３で反射された反射光は、導光体５８内部を全反射あるいは直進しながら、受光素子５７に大半が導かれることになり、Ｓ／Ｎ比を高く保つことが可能となる。
【００２８】
以上のように構成された誘導加熱調理器について、以下その動作、作用を説明する。
【００２９】
使用者は誘導加熱が可能である鍋に調理物を入れ、リング絵柄で示されたプレート５０上の加熱領域６５に置く。電源コンセントを商用電源に挿入すると、図示していない主制御回路６６からキー入力許可信号及び駆動用電圧が供給され、波長選択手段５６によって選ばれた発光素子５５ａ〜５５ｃが順次異なるピーク波長の光を照射してキー操作可能状態となる。キースイッチ５１ａ〜５１ｃ上に、物体が存在しない場合には、前記照射光は導光体６３の端面から入射し、直進あるいは全反射を繰り返しながら導光体６３内部を伝搬した後、プレート５０を透過して上空へ放出される。この時、受光素子５７には反射光が受光されないので、記憶手段５９には波長選択手段５６からのアドレス信号で指示された記憶番地に、反射光量Ｅ１ａ≒Ｅ２ａ≒Ｅ１ｂ≒Ｅ２ｂ≒Ｅ１ｃ≒Ｅ２ｃ≒０が６個記憶され、判別手段６０は各々のキースイッチに相当する光量比を算出した結果、全てのキー操作がないと判別し、キー入力信号を出力しないので、加熱動作等は行われない。
【００３０】
次に、指５３などの反射物体がキースイッチ５１ｂ上に存在する場合は、前記照射光は指５３などで拡散反射し、導光体６３の受光側放物面形状の内部を直進あるいは全反射を繰り返しながら伝搬した後、受光素子５７で受光され、光電効果により光電流が流れ、Ｉ−Ｖ変換手段５８より反射光量に比例した電圧Ｅ１ｂ、Ｅ２ｂが出力され、記憶手段５９に記憶される。判別手段６０はこの記憶された反射光量の比Ｅ１ｂ／Ｅ２ｂと、第一の閾値Ｅ３を比較演算して、キースイッチ５１ｂが操作されたと判別し、キー入力信号ｂを出力する。主制御回路６６はこのキー入力信号ｂを入力して、電磁誘導による加熱動作を開始する。同様に、キースイッチ５１ａ上に指５３が反射物体がある時は、加熱電力を下げ、キースイッチ５１ｃ上に指５３が反射物体がある時は、加熱電力を上げる動作を行う。そして、調理が終わり、使用者が再びキースイッチ５１ｂ上に指５３で触れると、加熱動作を停止する。
【００３１】
他方、幼児が誤って機器の操作を行おうとした場合は、受光素子５７で受光され、Ｉ−Ｖ変換手段５８で変換され、記憶手段５９に記憶される電圧Ｅ１ｂ’、Ｅ２ｂ’、Ｅ３ｂ’は指５３の大きさが、大人に比べて小さく、第二の閾値Ｅ４より小さいため、判別手段６０はキーロック信号を出力し、主制御回路６６はキースイッチの操作がないとして扱し、大人が操作した加熱入／切、及び加熱量の変更を行わない。
【００３２】
以上のように、本実施の形態では発光素子と操作面であるプレート５０間に設けた導光体６１の屈折率をプレート５０と等しくしたことにより、指５２等の反射物体で反射された反射光は導光体６１の受光側放物面形状により受光素子５７に導かれるため、受光量が安定し、プレート５０を介しても確実な操作入力が可能となる。また、発光素子５５ａ〜５５ｃから波長の異なる２種類の光を照射し、その反射光の受光量の比を演算するため、外乱光や、発光素子の経時変化等に対して、影響が少なくなり、信頼性の高い操作入力装置とすることができ、さらに、第二の閾値保持手段が保持するとから大人と子供の指を判別する判別手段とを備え、子供の操作による機器の動作を禁止できるため、安全性を高めることが可能となる。
【００３３】
また、本実施の形態の光学式操作入力手段は、光学式のため作動力不要（指を近づけるだけで、触れることなく、スイッチ操作することも可能）で、デザイン面でも差別化ができ、動作寿命が半永久的で、防塵・防水構造が可能という特徴を持ち、複数の波長による反射光の受光量の比を演算するため、操作部の汚れに対しても強く、信頼性の高いものである。
【００３４】
なお、発光素子は２色（ＲＧ、ＲＢ、ＢＧ）発光ＬＥＤや、３色（フルカラー）ＬＥＤで、複数の異なる波長で順次発光させても良い。
【００３５】
また、ゲーム機器等のような高速なキースイッチ応答は要求されず、むしろ確実な操作入力が要求されるため、キースイッチ個数×複数の波長×パルス幅＝総入力時間と、従来の入力装置よりも入力時間が長くなっても問題は生じない。
【００３６】
また、波長選択手段、記憶手段、判別手段は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、Ａ／Ｄをワンチップに集積した小ピン数で安価なマイクロコンピュータで実現しても良い。
【００３７】
（実施の形態２）
図３は、本発明の第２の実施の形態における操作入力装置の要部断面図、図４は、同操作入力装置のブロック図、図５は、人指に含まれる酸化ヘモグロビンや、水分の吸収特性を示したグラフ図である。なお、上記第１の実施の形態における加熱調理器の操作入力装置と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００３８】
図３、図４において、操作回路基板５４上には、キースイッチ５１ａ〜５１ｃ毎に設けた第一の波長の光を発光する発光素子６５ａ〜６５ｃと、第二波長の光を発光する発光素子６６ａ〜６６ｃと、波長選択手段６７と、指５３で反射されたこの複数の波長の反射光を受光する単一の受光素子６８ と、この受光素子６８の検出した光電流を電圧に変換するＩ−Ｖ変換手段５８と、このＩ−Ｖ変換手段５８の出力する各キースイッチ及び各波長毎の受光量に比例した電圧（Ｅ１ａ、Ｅ２ａ、Ｅ１ｂ、Ｅ２ｂ、Ｅ１ｃ、Ｅ２ｃ）を記憶する記憶手段５９と、この記憶手段５９の出力より、前記複数の波長の反射光の受光量比（Ｅ１ａ／Ｅ２ａ、Ｅ１ｂ／Ｅ２ｂ、Ｅ１ｃ／Ｅ２ｃ）を演算し、第一の閾値保持手段６１の出力する第一の閾値Ｅ３と比較して、キースイッチ操作の有無を判別し、且つ、第二の閾値保持手段６２の出力する第二の閾値Ｅ４と、反射光の受光量比とを比較して、大人と子供の指を判別する判別手段６０が実装してある。
【００３９】
また、第一の発光素子６５ａ〜６５ｃ及び第二の発光素子６６ａ〜６６ｃと、プレート５０との間に透光性の第一の導光体６９ａが、プレート５０と受光素子６８間に透光性の第二の導光体６９ｂが設けてある。第一の導光体６９ａと、第二の導光体６９ｂは一体成形により形成し、構成材料（屈折率＝１．５４１）と空気（屈折率＝１）との屈折率差による全反射などを利用して、光を効率よく操作面および受光素子２５へ導く板状のもので、例えば、自動車のスピードメータでは、針やスケールの部分や、液晶ディスプレイではバックライト部に用いられている。なお、本実施の形態では、第一の導光体６９ａ（発光素子側）のプレート５０と接する部分７０の屈折率を、光学接着剤や塗料の塗布、樹脂シートの張り付け、屈折率の高い別の材料を線状に埋め込み加工するなどで小さくし、プレート５０下面からの反射光が生じないようにしてある。すなわち、各々の透過率の大小関係が、プレート５０の透過率＜プレート５０と接する部分７０の透過率＜第１の導光体６９ａの透過率となるように設計してある。これにより、発光素子６５ａ〜６５ｃ、及び第二の発光素子６６ａ〜６６ｃから照射された光は第１の導光体６９ａからプレート５０へ反射光を殆ど生じることなく導かれる。他方、指などの反射物体５３で反射された光は、全反射条件が成立するため第一の導光体６９ａ側には戻らず、その大部分は第二の導光体６９ｂにより受光素子６８に導かれることになり、Ｓ／Ｎ比（反射光と外乱光の比、キー操作ありと操作なしの比）を高く保つことが可能となる。
【００４０】
次に、指５３などの反射物体がキースイッチ５１ａ〜５１ｃ上に存在する場合は、前記照射光は指５３などで拡散反射し、第二の導光体６９ｂの受光側放物面形状の内部を直進あるいは全反射を繰り返しながら伝搬した後、受光素子５７で受光され、光電効果により光電流が流れ、Ｉ−Ｖ変換手段５８より反射光量に比例した電圧Ｅ１ａ〜Ｅ１ｃ（第一の発光素子による反射光量）、Ｅ２ａ〜Ｅ２ｃ（第二の発光素子による反射光量）が出力され、記憶手段５９に記憶される。判別手段６０はこの記憶された反射光量の比Ｅ１ａ／Ｅ
２ａ、Ｅ１ｂ／Ｅ２ｂ、Ｅ１ｃ／Ｅ２ｃと、第一の閾値Ｅ３を比較して、キースイッチ５１ａ〜５１ｃが操作されたと判別し、キー入力信号ａ〜ｃを出力する。
【００４１】
他方、幼児が誤って機器の操作を行おうとした場合は、受光素子５７で受光され、Ｉ−Ｖ変換手段５８で変換され、記憶手段５９に記憶される電圧Ｅ１ｂ’、Ｅ２ｂ’、Ｅ３ｂ’は指５３の大きさが、大人に比べて小さく、第二の閾値Ｅ４より小さいため、判別手段６０はキーロック信号を出力し、主制御回路６６はキースイッチの操作がないとして扱い、大人が操作した加熱入／切、及び加熱量の変更を行わない。
【００４２】
また、図５のグラフ図に示すように、酸化ヘモグロビンは６５０ｎｍ以下の可視光領域で吸収される度合いが強く、水分は１１００ｎｍを越える領域で吸収される度合いが強い。ヒトの組織の約７割は水分で占められており、生体において可視域〜赤外域の光が吸収されるのが主に水分と酸化ヘモグロビンである事を考えれば６５０ｎｍ超〜１２００ｎｍ未満の波長域の光（近赤外光）が人体の非検出に適している。一方、誘導加熱調理器の天板（トッププレート）に用いられる強化ガラスは耐熱性を有しながら強度を高めるため特殊組成のガラスを再加熱してガラス中に微細結晶を析出させた結晶化ガラスが用いられているおり、０．５μｍ〜２．６μｍの波長の光は８０％以上透過し、３〜４μｍの波長の光は３０％程度透過し、４μｍよりも長い波長、及び、０．５μｍよりも短い波長の光はほとんど通さないので、第一の発光素子として、波長５６３ｎｍ（純緑色）か、波長５９１ｎｍ（黄色）のＬＥＤを、第二の発光素子として波長１１００ｎｍ程度のレーザーダイオードを用いることができる。受光素子としてはＰＩＮ−ＰＤ等を用いることができる。
【００４３】
また、キー操作の有無を検出する対象物の反射特性は下記のように整理される。
１．人の指（血液中の酸化ヘモグロビン、水分）
酸化ヘモグロビンの吸収スペクトル（６５０ｎｍ以下）と、水分の吸収スペクトル（１２００ｎｍ以上）の両方を示す
２．プレート５０のキースイッチ操作面上に零れた水や、調理液体
水の吸収スペクトル（１２００ｎｍ以上）を示す
３．プレートの５０キースイッチ操作面上にずらして置かれた鍋（金属、陶器）
吸収スペクトルが存在しない
従って、第一の発光素子を照射した時に反射光が少なく、第二の発光素子を照射した時に、反射光があるのは人指５３と判定できる。
【００４４】
以上のように、本実施の形態では０．５μｍ〜３．５μｍの波長の光のうち、短波長側（図５のλ１）の光を発光する第１の発光素子に６５０ｎｍ以下波長の素子を、長波長側（図５のλ２）の光を発光する第２の発光素子に１５００ｎｍ未満（且つ、６５０ｎｍ以上）の素子を用い、順次点灯させ、前記単一の受光素子による受光量の比を演算することにより、人指にのみ感応する信頼性の高い操作入力装置とすることができる。
【００４５】
なお、操作方法が指先なので加熱調理機内に内蔵した送風ファンが生じさせる吸気により十分に冷却された操作面の温度範囲は０〜４０℃に保たれており、この操作面部分のプレート５０自身が放射する赤外線エネルギーはステファン・ボルツマンの法則により波長３．５μｍ〜６５μｍに集約される。また、調理時の調理容器の温度は約３０℃〜３５０℃であり、この温度の物体が放射する赤外線のピーク波長はプランクの放射法則により５μｍ〜１０μｍであり、全エネルギー放射はステファン・ボルツマンの法則により１．８μｍ〜６５μｍに集約される。この内、プレート５０を透過して１．８μｍ〜４μｍの赤外光が調理器本体の外郭内に侵入するが、受光素子５８に直接入らないように遮光材（図示せず）を設けてある。
【００４６】
なお、誘導加熱は商用電源からダイオードブリッジを経て、第１の平滑コンデンサへ並
列接続され、この直流電圧をインバータ回路で高周波電流に変換した後、被加熱物３２と対向して所定のギャップをおいて配置されている加熱コイルに供給することにより、高周波磁界を発生させ、調理容器を誘導加熱している。このため、加熱コイルに供給される高周波電流や、ＤＣ電源のスイッチングノイズなどの電磁誘導ノイズが多いため、光電流の検出にはノイズ除去処理（遅延）時間を設け、誤動作しないようにするのが一般的であるが、加熱調理器ではゲーム機器等のような高速なキースイッチ応答は要求されず、むしろ確実な操作入力が要求されるため、キースイッチ個数×複数の波長×パルス幅＝総入力時間と、従来の入力装置よりも入力時間が長くなっても問題は生じない。
【００４７】
（実施の形態３）
図６（ａ）は本発明の第３の実施の形態における操作入力装置を搭載するジャー炊飯器の要部断面図、図６（ｂ）は同炊飯器の平面図である（省略、以下、実施の形態１の記載方法と同様とする）。
【００４８】
図６において、８０はボディ、８１は米と水を入れる鍋、８２はこの鍋の温度を検知する温度センサ、８４は操作基板、８５は第３の実施の形態における光学式の操作スイッチ、８６は誘導加熱する加熱制御回路基板、８７は防水フィルム式のプッシュスイッチである。
【００４９】
光学式の操作スイッチ８５ａ、８５ｂの操作面には、指の形状に楕円形の溝を設け、この溝内に発光素子及び受光素子を配置することにより、操作感を向上させるとともに、外乱光による影響を低減させ、確実な操作入力を可能としている。
【００５０】
なお、ジャー炊飯器における主要な操作は、「炊飯開始／停止」と、「保温／切」であるので、この二つを光学式操作スイッチに割り当て、残りの時刻設定キーや、コース選択キーは従来の防水フィルム式のプッシュスイッチとして、コストを抑えることにより、ジャー炊飯器のような低価格の商品でも本発明の操作入力装置を搭載することが可能となる。
【００５１】
（実施の形態４）
図７は、本発明の第４の実施の形態における操作入力装置のブロック図である。なお、上記第１の実施の形態における加熱調理器の操作入力装置と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００５２】
図７において、前記プレート５０の下面に照度センサ９０を設け、その出力を判別手段６０に入力している。判別手段６０は、照度センサ９０の出力が所定値より大きい場合は、太陽光や、強い照明下であると検知し、第一の閾値保持手段６１が保持する第一の閾値Ｅ３と、第二の閾値保持手段６２が保持する第二の閾値Ｅ４に、所定の補正値を加算してから、キースイッチ５１ａ〜５１ｃの操作の有無の判別、及び、大人と幼児の指を判別を行うことで、より信頼性の高い操作入力装置とすることができる。
【００５３】
（実施の形態５）
図１０は、本発明の第５の実施の形態における操作入力装置のブロック図である。なお、上記第１の実施の形態における加熱調理器の操作入力装置と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００５４】
図１０において、主制御回路６６（図示せず）の駆動用電圧と別に、前記発光素子５５ａ〜５５ｃに所定の電流を供給する定電流電源９１を設け、その出力電流値は前記照度センサ９０の出力に応じて可変させる。
【００５５】
その動作、作用としては、照度センサ９０の出力が周囲光判定値より大きい時は、定電流電源９１から供給する電流値を大きくすることで、太陽光や、強い照明下であってもキースイッチ５１ａ〜５１ｃの操作の有無の判別するに足る出力が受光素子５７から出力され、より信頼性の高い操作入力装置とすることができる。
【００５６】
（実施の形態６）
図１１は、本発明の第６の実施の形態における操作入力装置のブロック図である。なお、上記第１の実施の形態における加熱調理器の操作入力装置と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００５７】
図１１において、減算手段９２を設け、前記照度センサの出力に応じて、前記Ｉ−Ｖ変換手段５８の出力（受光素子５７の受光量に等しい）から所定量だけ減じた値を記憶手段５９へ出力している。
【００５８】
その動作、作用としては、前記照度センサ９０の出力が周囲光判定値以下の時はゼロを減じる、他方、前記照度センサ９０の出力が周囲光判定値より大きい時は、その出力に所定の係数を掛けた値を前記Ｉ−Ｖ変換手段５８の出力から減じる。こうすることで、太陽光や、強い照明下であってもキースイッチ５１ａ〜５１ｃの操作の有無の判別することが可能となり、より信頼性の高い操作入力装置とすることができる。
【００５９】
なお、発光素子５５ａ〜５５ｃから光を照射していない時のＩ−Ｖ変換手段５８の出力を第二の記憶手段で記憶し、その値を減じるように構成しても同じ効果が得られることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
以上のように、本発明にかかる操作入力装置は、機器をプレート等の透光性の部材越しに操作できるため、防塵・防水構造が容易に実現できる。また、光学式で機械的な可動部分を持たないため、押圧操作といった作動力不要で、動作寿命が半永久的とすることが可能となるので、家庭用電化機器のみならず様々な産業用機器にも搭載することができる。
【符号の説明】
【００６１】
５０ トッププレート
５１ キースイッチ
５５ａ〜５５ｃ 発光素子
５７ 受光素子
５８ Ｉ−Ｖ変換手段
５９ 記憶手段
６０ 判別手段
６１ 第一の閾値保持手段
６２ 第二の閾値保持手段
６３ 導光体
６４ 光学接着剤
６５ａ〜６５ｃ 第一の発光素子
６６ａ〜６６ｃ 第二の発光素子
６８ 受光素子
６９ａ、６９ｂ 導光体
８０ ボディ
８１ 鍋
８２ 温度センサ
８３ フタ
８４ 操作回路基板
８５ 光学式操作スイッチ
８６ 加熱制御回路基板
８７ 防水式プッシュスイッチ
９０ 照度センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、家庭用電化機器の光学式の操作入力装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、給湯器、洗濯機、クッキングヒータなどの家庭用電化機器には、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、防滴機能を有するパネル型の操作入力装置が備えられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図８は、上記特許文献１に記載された従来の調理器のスイッチ操作装置の側断面図である。図８において、調理器本体の外殻１に設けられた操作パネル装着部６に、あらかじめ防水フィルム９を表面に一体成型した操作パネル５を接着し、内部の制御回路基板４上のプッシュスイッチ２を、スイッチ操作ボタン１４を介して操作ボタン部１０より操作することにより、内面への水密性が確保できるとともに、表面は滑らかな質感があり、調理時の熱にも充分耐えうる構成となっている。この防水フィルム９は弾力性を有する電気絶縁材、例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂性のフィルムをたわみをもたせて成形すれば、常時は中央部が弾発しており、押圧すると下方に反転し、押圧を解くと反転して元に復帰するため、プッシュスイッチ２のバネ力のみによるものより、明確なスナップ機能を有する。
【０００４】
また、機械的作動部分を必要せず、操作感が軽快で、機密性をより高くした静電容量式や光学式の操作入力装置も知られている（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。
【０００５】
また、医療用機器として、複数の波長の光または赤外線を用いて脈波に対応する電気信号を導出する脈波検出機器や、血中飽和酸素濃度の検出機器が知られている。可視光線と赤外線とを発光し、受光部でそれぞれ別個に受光すると、波長による受光強度の差に基づいて、ヘモグロビンの酸化状態を判定することができる。ヘモグロビンの酸化状態は、血液中の飽和酸素濃度に対応するので、予め標準的な酸素濃度に対応して検量線などを作成しておけば、飽和酸素濃度として算出することができるものである（例えば、特許文献４参照）。
【０００６】
図９は、上記特許文献２に記載された従来の加熱調理器の本体斜視図（ａ）と、操作部の断面図（ｂ）である。図９において、誘導加熱式の調理部２４，２５を、プレート２２上において使用者が調理を行う手前側左右に配置し、ヒータ加熱式の調理部２６を中央奥側に配置する。これらの加熱調理部２４，２５及び２６に対応する操作・表示部２７，２８及び２９を加熱調理部２４，２５及び２６の手前側に設けて、その接触部２７ａ，２８ａ及び２９ａをプレート２２の表面側から使用者が接触することにより、プレート２２の下方に配置された静電容量式のスイッチ４３が操作可能となるように構成する。操作スイッチ４３は、操作回路基板４２上に銅泊で形成された平面状電極４３ａ（図示せず）と、この平面状電極４３ａの周囲を取り囲むシールド用電極４３ｂ（図示せず。操作スイッチ４３の接触範囲を確定するために設けられ、アースされている）とから構成されている。操作手段が存在する位置に対応する強化ガラス製のプレートの表面に直接、スイッチ機能を配することができると共に、操作子、操作釦などの突起物が無い平面状にすることができ、清掃などがより容易となるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−２０９８４９号公報
【特許文献２】特開平１０−２１４６７７号公報
【特許文献３】特開２０００−１００２８７号公報
【特許文献４】特開２００１−４６３４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来の構成では、防水フィルムを一体成型した操作パネルや、抵抗被膜方式のタッチパネルでは、フィルム材料の耐熱温度の制限から、調理中に高温（炒め物時は最高３５０℃）となった鍋を直置きすることはできない。また、静電容量式のスイッチでは、プレート上に調味液や水がこぼされた場合にも、操作入力があったとして受け付けてしまうという課題を有していた。
【０００９】
また、光学式のスイッチでは、人指以外の反射物体、例えば、布巾や紙といったものが、キースイッチ操作面に誤って置かれた場合にも、操作入力があったとして受け付けてしまうという課題を有していた。
【００１０】
さらに、前記従来の健康状態監視装置をそのまま加熱調理器に応用した構成では、人指からの反射光が操作入力装置の接触部である保護フィルムやプレートを透過する間に減衰するため、受光素子での検出能力が低下し、確実な操作が行えないという課題を有していた。
【００１１】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、人指のみを選択的に検出し、それによる反射光を効率よく受光素子に導き、受光量を増加し、確実な操作入力が可能となる信頼性の高い操作入力装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記従来の課題を解決するために、機器のキースイッチ操作面を有する透光性のプレートと、前記プレートの操作面の裏側に配置したピーク波長が異なる光を発光する発光素子と、前記発光素子からの光がプレート上の操作面の表側に触れられた指などの反射物体により反射された反射光を検出する受光素子と、前記発光素子の波長を切り換える波長選択手段と、前記波長選択手段により選択された前記発光素子からの受光量を波長別、及び前記キースイッチ別に記憶する記憶手段と、反射光の有無を判別するための第一の閾値を保持する第一の閾値保持手段と、指の大小を判別するための第二の閾値を保持する第二の閾値保持手段と、前記記憶手段の記憶する各々の受光量と第一の閾値保持手段の出力する第一の閾値とからキースイッチ操作の有無を判別し、且つ、各々の受光量と第二の閾値保持手段の出力する第二の閾値とから大人と幼児の指を判別する判別手段とを備え、幼児の操作による機器の動作を禁止することで、確実な操作入力が可能となり、安全性の高い操作入力装置となる。
【００１３】
また、前記の波長選択手段が切り換える波長を、機器のキースイッチ操作面を有する透光性のプレートの光透過特性である０．５μｍ〜３．５μｍの間で、且つ、人指の分光的特性に基づき設定することで、人指のみを選択的に検出することが可能となり、信頼性の高い操作入力装置とすることができる。
【００１４】
また、前記プレートの下面に照度センサを設け、太陽光や、強い照明下では第一の閾値保持手段が保持する第一の閾値と、第二の閾値保持手段が保持する第二の閾値を、通常より大きな所定の値に補正することで、より信頼性の高い操作入力装置となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の操作入力装置は、複数の異なる波長を照射し、指などの反射物体による反射光
を受光して、その各々の受光量と第一の閾値保持手段の出力する第一の閾値とからキースイッチ操作の有無を判別し、且つ、前記各々の受光量と第二の閾値保持手段の出力する第二の閾値とから大人と幼児の指を判別して、幼児による機器の操作禁止できるため、確実な操作入力が可能で信頼性の高い操作入力装置となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１における操作入力装置の操作パネル平面図（ｂ）本発明の実施の形態１における操作入力装置の要部断面図
【図２】本発明の実施の形態１における操作入力装置のブロック図
【図３】（ａ）本発明の実施の形態２における操作入力装置の要部断面図（ｂ）本発明の実施の形態２における操作入力装置の第二の導光体の要部断面図
【図４】本発明の実施の形態２における操作入力装置のブロック図
【図５】反射物体の吸光度と波長との相関を示すグラフ
【図６】（ａ）本発明の実施の形態３における操作入力装置を搭載するジャー炊飯器の要部断面図（ｂ）本発明の実施の形態３における操作入力装置を搭載するジャー炊飯器の平面図
【図７】本発明の実施の形態４における操作入力装置のブロック図
【図８】従来の防水フィルム一体型操作入力装置の要部断面図
【図９】（ａ）従来の加熱料理器の斜視図（ｂ）従来の加熱料理器の要部断面図
【図１０】本発明の実施の形態５における操作入力装置のブロック図
【図１１】本発明の実施の形態６における操作入力装置のブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
第１の発明は、機器のキースイッチ操作面を有する透光性のプレートと、前記プレートの操作面の裏側に配置したピーク波長が異なる光を発光する発光素子と、前記発光素子からの光がプレート上の操作面の表側に触れられた指などの反射物体により反射された反射光を検出する受光素子と、前記発光素子の波長を切り換える波長選択手段と、前記波長選択手段により選択された前記発光素子からの受光量を波長別、及び前記キースイッチ別に記憶する記憶手段と、反射光の有無を判別するための第一の閾値を保持する第一の閾値保持手段と、指の大小を判別するための第二の閾値を保持する第二の閾値保持手段と、前記記憶手段の記憶する各々の受光量と第一の閾値保持手段の出力する第一の閾値とからキースイッチ操作の有無を判別し、且つ、各々の受光量と第二の閾値保持手段の出力する第二の閾値とから大人と幼児の指を判別する判別手段とを備え、幼児の操作による機器の動作を禁止することで、確実な操作入力が可能となり、安全性の高い操作入力装置となる。
【００１８】
第２〜第４の発明は、波長選択手段が切り換える波長を、機器のキースイッチ操作面を有する透光性のプレートの光透過特性である０．５μｍ〜３．５μｍの間で、且つ、短波長側の波長を血液中のヘモグロビンが吸収特性を示す０．６５μｍ以下とし、長波長側の波長を水の吸収特性を示さない１．５μｍ未満、且つ、０．６５μｍ以上とすることで、人指の分光的特性に基づき設定することで、人指のみを選択的に検出することが可能となり、信頼性の高い操作入力装置とすることができる。
【００１９】
第５の発明は、特に第１〜４のいずれか１つの発明において、キースイッチ操作面に指の形状に楕円形の溝を設け、前記溝内に発光素子及び受光素子を配置して、操作性を向上させるとともに、外乱光による影響を低減させ、確実な操作入力が可能となる。
【００２０】
第６の発明は前記プレートの下面に照度センサを設け、太陽光や、強い照明下では第一の閾値保持手段が保持する第一の閾値と、第二の閾値保持手段が保持する第二の閾値を、通常より大きな所定の値に補正することで、より信頼性の高い操作入力装置とすることができる。
【００２１】
第７の発明は前記照度センサの出力に応じて、前記発光素子の発光量を所定量だけ大きくすることで、より信頼性の高い操作入力装置となる。
【００２２】
第８の発明は前記照度センサの出力に応じて、前記受光素子の受光量から所定量だけ減じることで、より信頼性の高い操作入力装置となる。
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２４】
（実施の形態１）
図１（ａ）は本発明の第１の実施の形態における操作入力装置を搭載する家庭用電化機器の一例として誘導加熱調理器の平面図、図１（ｂ）は同操作入力装置の要部断面図、図２は同操作入力装置のブロック図である。
【００２５】
図１、図２において、被加熱物を載置する透光性の耐熱強化ガラスなどからなるプレート５０上には、キースイッチ操作面５１と、加熱電力量の表示５２を有している。キースイッチ操作面５１には調理器の制御内容を示す絵柄（アイコン）がキースイッチ５１ａ〜５１ｃとして印刷されており、使用者はこのキースイッチ５１ａ〜５１ｃの中の一つのアイコンを指５３で触れることで調理器を操作するものである。操作回路基板５４上には、キースイッチ５１ａ〜５１ｃ毎に設けた、単一の素子で異なる複数の波長の光を照射する発光素子５５ａ〜５５ｃと、波長選択手段５６と、指５３で反射されたこの複数の波長の反射光を受光する単一の受光素子５７と、この受光素子５７の検出した光電流を電圧に変換するＩ−Ｖ変換手段５８と、このＩ−Ｖ変換手段５８の出力する各キースイッチ及び各波長毎の受光量に比例した電圧（Ｅ１ａ、Ｅ２ａ、Ｅ１ｂ、Ｅ２ｂ、Ｅ１ｃ、Ｅ２ｃ）を記憶する記憶手段５９と、この記憶手段５９の出力より、前記複数の波長の反射光の受光量比（Ｅ１ａ／Ｅ２ａ、Ｅ１ｂ／Ｅ２ｂ、Ｅ１ｃ／Ｅ２ｃ）と、第一の閾値保持手段６１が保持する第一の閾値Ｅ３とから演算してキースイッチ５１ａ〜５１ｃの操作の有無を判別し、第二の閾値保持手段６２が保持する第二の閾値Ｅ４と、前記の複数の波長の反射光の受光量比から演算して、大人と幼児の指を判別する判別手段６０が実装してある。
【００２６】
また、発光素子５５ａ〜５５ｃとプレート５０の間、及び、プレート５０と単一の受光素子５７の間にＶ字型の導光体６１が設けてある。プレート５０と、照射光と指５による反射光を効率よく伝播させるため、導光体６１との間は空気層を挟まないように、光学接着剤６２で満たしており、発光素子５５ａ〜５５ｃと受光素子５７は操作回路基板５４に所定の角度で対向するように固定している。
【００２７】
なお、導光体６３はプレート５０の屈折率（≒１．５４１）に近い値の材料で作られている。例えば、屈折率制御（低屈折率下）を行ったポリカーボネートや、エポキシ系樹脂に硫黄やフッ素を含有させ、その含有量を制御（±０．００１の精度で制御可能）した樹脂、あるいは、非晶質の透明プラスチックであるポリオレフィン樹脂と複数元素との複合化した樹脂などを用いている。これにより、発光素子５５ａ〜５５ｃから照射された光はプレート５０下面で反射することなく、ほぼ全てが指５３へ照射される。さらに、導光体６３の受光素子側は、指５３がキースイッチ５１ａ〜５１ｃのどの位置に触れられても、反射光の受光素子５７までの光路がほぼ等しくなるように計算した楕円放物面（ｘ２／ａ２＋ｙ２／ｂ２＝２ｚ）または双曲放物面（ｘ２／ａ２−ｙ２／ｂ２＝２ｚ）を用いている。導光体６１の屈折率をプレート５０の屈折率に合わせてあるため、指５３で反射された反射光は、導光体５８内部を全反射あるいは直進しながら、受光素子５７に大半が導かれることになり、Ｓ／Ｎ比を高く保つことが可能となる。
【００２８】
以上のように構成された誘導加熱調理器について、以下その動作、作用を説明する。
【００２９】
使用者は誘導加熱が可能である鍋に調理物を入れ、リング絵柄で示されたプレート５０上の加熱領域６５に置く。電源コンセントを商用電源に挿入すると、図示していない主制御回路６６からキー入力許可信号及び駆動用電圧が供給され、波長選択手段５６によって選ばれた発光素子５５ａ〜５５ｃが順次異なるピーク波長の光を照射してキー操作可能状態となる。キースイッチ５１ａ〜５１ｃ上に、物体が存在しない場合には、前記照射光は導光体６３の端面から入射し、直進あるいは全反射を繰り返しながら導光体６３内部を伝搬した後、プレート５０を透過して上空へ放出される。この時、受光素子５７には反射光が受光されないので、記憶手段５９には波長選択手段５６からのアドレス信号で指示された記憶番地に、反射光量Ｅ１ａ≒Ｅ２ａ≒Ｅ１ｂ≒Ｅ２ｂ≒Ｅ１ｃ≒Ｅ２ｃ≒０が６個記憶され、判別手段６０は各々のキースイッチに相当する光量比を算出した結果、全てのキー操作がないと判別し、キー入力信号を出力しないので、加熱動作等は行われない。
【００３０】
次に、指５３などの反射物体がキースイッチ５１ｂ上に存在する場合は、前記照射光は指５３などで拡散反射し、導光体６３の受光側放物面形状の内部を直進あるいは全反射を繰り返しながら伝搬した後、受光素子５７で受光され、光電効果により光電流が流れ、Ｉ−Ｖ変換手段５８より反射光量に比例した電圧Ｅ１ｂ、Ｅ２ｂが出力され、記憶手段５９に記憶される。判別手段６０はこの記憶された反射光量の比Ｅ１ｂ／Ｅ２ｂと、第一の閾値Ｅ３を比較演算して、キースイッチ５１ｂが操作されたと判別し、キー入力信号ｂを出力する。主制御回路６６はこのキー入力信号ｂを入力して、電磁誘導による加熱動作を開始する。同様に、キースイッチ５１ａ上に指５３が反射物体がある時は、加熱電力を下げ、キースイッチ５１ｃ上に指５３が反射物体がある時は、加熱電力を上げる動作を行う。そして、調理が終わり、使用者が再びキースイッチ５１ｂ上に指５３で触れると、加熱動作を停止する。
【００３１】
他方、幼児が誤って機器の操作を行おうとした場合は、受光素子５７で受光され、Ｉ−Ｖ変換手段５８で変換され、記憶手段５９に記憶される電圧Ｅ１ｂ’、Ｅ２ｂ’、Ｅ３ｂ’は指５３の大きさが、大人に比べて小さく、第二の閾値Ｅ４より小さいため、判別手段６０はキーロック信号を出力し、主制御回路６６はキースイッチの操作がないとして扱し、大人が操作した加熱入／切、及び加熱量の変更を行わない。
【００３２】
以上のように、本実施の形態では発光素子と操作面であるプレート５０間に設けた導光体６１の屈折率をプレート５０と等しくしたことにより、指５２等の反射物体で反射された反射光は導光体６１の受光側放物面形状により受光素子５７に導かれるため、受光量が安定し、プレート５０を介しても確実な操作入力が可能となる。また、発光素子５５ａ〜５５ｃから波長の異なる２種類の光を照射し、その反射光の受光量の比を演算するため、外乱光や、発光素子の経時変化等に対して、影響が少なくなり、信頼性の高い操作入力装置とすることができ、さらに、第二の閾値保持手段が保持するとから大人と子供の指を判別する判別手段とを備え、子供の操作による機器の動作を禁止できるため、安全性を高めることが可能となる。
【００３３】
また、本実施の形態の光学式操作入力手段は、光学式のため作動力不要（指を近づけるだけで、触れることなく、スイッチ操作することも可能）で、デザイン面でも差別化ができ、動作寿命が半永久的で、防塵・防水構造が可能という特徴を持ち、複数の波長による反射光の受光量の比を演算するため、操作部の汚れに対しても強く、信頼性の高いものである。
【００３４】
なお、発光素子は２色（ＲＧ、ＲＢ、ＢＧ）発光ＬＥＤや、３色（フルカラー）ＬＥＤで、複数の異なる波長で順次発光させても良い。
【００３５】
また、ゲーム機器等のような高速なキースイッチ応答は要求されず、むしろ確実な操作入力が要求されるため、キースイッチ個数×複数の波長×パルス幅＝総入力時間と、従来の入力装置よりも入力時間が長くなっても問題は生じない。
【００３６】
また、波長選択手段、記憶手段、判別手段は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、Ａ／Ｄをワンチップに集積した小ピン数で安価なマイクロコンピュータで実現しても良い。
【００３７】
（実施の形態２）
図３は、本発明の第２の実施の形態における操作入力装置の要部断面図、図４は、同操作入力装置のブロック図、図５は、人指に含まれる酸化ヘモグロビンや、水分の吸収特性を示したグラフ図である。なお、上記第１の実施の形態における加熱調理器の操作入力装置と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００３８】
図３、図４において、操作回路基板５４上には、キースイッチ５１ａ〜５１ｃ毎に設けた第一の波長の光を発光する発光素子６５ａ〜６５ｃと、第二波長の光を発光する発光素子６６ａ〜６６ｃと、波長選択手段６７と、指５３で反射されたこの複数の波長の反射光を受光する単一の受光素子６８ と、この受光素子６８の検出した光電流を電圧に変換するＩ−Ｖ変換手段５８と、このＩ−Ｖ変換手段５８の出力する各キースイッチ及び各波長毎の受光量に比例した電圧（Ｅ１ａ、Ｅ２ａ、Ｅ１ｂ、Ｅ２ｂ、Ｅ１ｃ、Ｅ２ｃ）を記憶する記憶手段５９と、この記憶手段５９の出力より、前記複数の波長の反射光の受光量比（Ｅ１ａ／Ｅ２ａ、Ｅ１ｂ／Ｅ２ｂ、Ｅ１ｃ／Ｅ２ｃ）を演算し、第一の閾値保持手段６１の出力する第一の閾値Ｅ３と比較して、キースイッチ操作の有無を判別し、且つ、第二の閾値保持手段６２の出力する第二の閾値Ｅ４と、反射光の受光量比とを比較して、大人と子供の指を判別する判別手段６０が実装してある。
【００３９】
また、第一の発光素子６５ａ〜６５ｃ及び第二の発光素子６６ａ〜６６ｃと、プレート５０との間に透光性の第一の導光体６９ａが、プレート５０と受光素子６８間に透光性の第二の導光体６９ｂが設けてある。第一の導光体６９ａと、第二の導光体６９ｂは一体成形により形成し、構成材料（屈折率＝１．５４１）と空気（屈折率＝１）との屈折率差による全反射などを利用して、光を効率よく操作面および受光素子２５へ導く板状のもので、例えば、自動車のスピードメータでは、針やスケールの部分や、液晶ディスプレイではバックライト部に用いられている。なお、本実施の形態では、第一の導光体６９ａ（発光素子側）のプレート５０と接する部分７０の屈折率を、光学接着剤や塗料の塗布、樹脂シートの張り付け、屈折率の高い別の材料を線状に埋め込み加工するなどで小さくし、プレート５０下面からの反射光が生じないようにしてある。すなわち、各々の透過率の大小関係が、プレート５０の透過率＜プレート５０と接する部分７０の透過率＜第１の導光体６９ａの透過率となるように設計してある。これにより、発光素子６５ａ〜６５ｃ、及び第二の発光素子６６ａ〜６６ｃから照射された光は第１の導光体６９ａからプレート５０へ反射光を殆ど生じることなく導かれる。他方、指などの反射物体５３で反射された光は、全反射条件が成立するため第一の導光体６９ａ側には戻らず、その大部分は第二の導光体６９ｂにより受光素子６８に導かれることになり、Ｓ／Ｎ比（反射光と外乱光の比、キー操作ありと操作なしの比）を高く保つことが可能となる。
【００４０】
次に、指５３などの反射物体がキースイッチ５１ａ〜５１ｃ上に存在する場合は、前記照射光は指５３などで拡散反射し、第二の導光体６９ｂの受光側放物面形状の内部を直進あるいは全反射を繰り返しながら伝搬した後、受光素子５７で受光され、光電効果により光電流が流れ、Ｉ−Ｖ変換手段５８より反射光量に比例した電圧Ｅ１ａ〜Ｅ１ｃ（第一の発光素子による反射光量）、Ｅ２ａ〜Ｅ２ｃ（第二の発光素子による反射光量）が出力され、記憶手段５９に記憶される。判別手段６０はこの記憶された反射光量の比Ｅ１ａ／Ｅ
２ａ、Ｅ１ｂ／Ｅ２ｂ、Ｅ１ｃ／Ｅ２ｃと、第一の閾値Ｅ３を比較して、キースイッチ５１ａ〜５１ｃが操作されたと判別し、キー入力信号ａ〜ｃを出力する。
【００４１】
他方、幼児が誤って機器の操作を行おうとした場合は、受光素子５７で受光され、Ｉ−Ｖ変換手段５８で変換され、記憶手段５９に記憶される電圧Ｅ１ｂ’、Ｅ２ｂ’、Ｅ３ｂ’は指５３の大きさが、大人に比べて小さく、第二の閾値Ｅ４より小さいため、判別手段６０はキーロック信号を出力し、主制御回路６６はキースイッチの操作がないとして扱い、大人が操作した加熱入／切、及び加熱量の変更を行わない。
【００４２】
また、図５のグラフ図に示すように、酸化ヘモグロビンは６５０ｎｍ以下の可視光領域で吸収される度合いが強く、水分は１１００ｎｍを越える領域で吸収される度合いが強い。ヒトの組織の約７割は水分で占められており、生体において可視域〜赤外域の光が吸収されるのが主に水分と酸化ヘモグロビンである事を考えれば６５０ｎｍ超〜１２００ｎｍ未満の波長域の光（近赤外光）が人体の非検出に適している。一方、誘導加熱調理器の天板（トッププレート）に用いられる強化ガラスは耐熱性を有しながら強度を高めるため特殊組成のガラスを再加熱してガラス中に微細結晶を析出させた結晶化ガラスが用いられているおり、０．５μｍ〜２．６μｍの波長の光は８０％以上透過し、３〜４μｍの波長の光は３０％程度透過し、４μｍよりも長い波長、及び、０．５μｍよりも短い波長の光はほとんど通さないので、第一の発光素子として、波長５６３ｎｍ（純緑色）か、波長５９１ｎｍ（黄色）のＬＥＤを、第二の発光素子として波長１１００ｎｍ程度のレーザーダイオードを用いることができる。受光素子としてはＰＩＮ−ＰＤ等を用いることができる。
【００４３】
また、キー操作の有無を検出する対象物の反射特性は下記のように整理される。
１．人の指（血液中の酸化ヘモグロビン、水分）
酸化ヘモグロビンの吸収スペクトル（６５０ｎｍ以下）と、水分の吸収スペクトル（１２００ｎｍ以上）の両方を示す
２．プレート５０のキースイッチ操作面上に零れた水や、調理液体
水の吸収スペクトル（１２００ｎｍ以上）を示す
３．プレートの５０キースイッチ操作面上にずらして置かれた鍋（金属、陶器）
吸収スペクトルが存在しない
従って、第一の発光素子を照射した時に反射光が少なく、第二の発光素子を照射した時に、反射光があるのは人指５３と判定できる。
【００４４】
以上のように、本実施の形態では０．５μｍ〜３．５μｍの波長の光のうち、短波長側（図５のλ１）の光を発光する第１の発光素子に６５０ｎｍ以下波長の素子を、長波長側（図５のλ２）の光を発光する第２の発光素子に１５００ｎｍ未満（且つ、６５０ｎｍ以上）の素子を用い、順次点灯させ、前記単一の受光素子による受光量の比を演算することにより、人指にのみ感応する信頼性の高い操作入力装置とすることができる。
【００４５】
なお、操作方法が指先なので加熱調理機内に内蔵した送風ファンが生じさせる吸気により十分に冷却された操作面の温度範囲は０〜４０℃に保たれており、この操作面部分のプレート５０自身が放射する赤外線エネルギーはステファン・ボルツマンの法則により波長３．５μｍ〜６５μｍに集約される。また、調理時の調理容器の温度は約３０℃〜３５０℃であり、この温度の物体が放射する赤外線のピーク波長はプランクの放射法則により５μｍ〜１０μｍであり、全エネルギー放射はステファン・ボルツマンの法則により１．８μｍ〜６５μｍに集約される。この内、プレート５０を透過して１．８μｍ〜４μｍの赤外光が調理器本体の外郭内に侵入するが、受光素子５８に直接入らないように遮光材（図示せず）を設けてある。
【００４６】
なお、誘導加熱は商用電源からダイオードブリッジを経て、第１の平滑コンデンサへ並
列接続され、この直流電圧をインバータ回路で高周波電流に変換した後、被加熱物３２と対向して所定のギャップをおいて配置されている加熱コイルに供給することにより、高周波磁界を発生させ、調理容器を誘導加熱している。このため、加熱コイルに供給される高周波電流や、ＤＣ電源のスイッチングノイズなどの電磁誘導ノイズが多いため、光電流の検出にはノイズ除去処理（遅延）時間を設け、誤動作しないようにするのが一般的であるが、加熱調理器ではゲーム機器等のような高速なキースイッチ応答は要求されず、むしろ確実な操作入力が要求されるため、キースイッチ個数×複数の波長×パルス幅＝総入力時間と、従来の入力装置よりも入力時間が長くなっても問題は生じない。
【００４７】
（実施の形態３）
図６（ａ）は本発明の第３の実施の形態における操作入力装置を搭載するジャー炊飯器の要部断面図、図６（ｂ）は同炊飯器の平面図である（省略、以下、実施の形態１の記載方法と同様とする）。
【００４８】
図６において、８０はボディ、８１は米と水を入れる鍋、８２はこの鍋の温度を検知する温度センサ、８４は操作基板、８５は第３の実施の形態における光学式の操作スイッチ、８６は誘導加熱する加熱制御回路基板、８７は防水フィルム式のプッシュスイッチである。
【００４９】
光学式の操作スイッチ８５ａ、８５ｂの操作面には、指の形状に楕円形の溝を設け、この溝内に発光素子及び受光素子を配置することにより、操作感を向上させるとともに、外乱光による影響を低減させ、確実な操作入力を可能としている。
【００５０】
なお、ジャー炊飯器における主要な操作は、「炊飯開始／停止」と、「保温／切」であるので、この二つを光学式操作スイッチに割り当て、残りの時刻設定キーや、コース選択キーは従来の防水フィルム式のプッシュスイッチとして、コストを抑えることにより、ジャー炊飯器のような低価格の商品でも本発明の操作入力装置を搭載することが可能となる。
【００５１】
（実施の形態４）
図７は、本発明の第４の実施の形態における操作入力装置のブロック図である。なお、上記第１の実施の形態における加熱調理器の操作入力装置と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００５２】
図７において、前記プレート５０の下面に照度センサ９０を設け、その出力を判別手段６０に入力している。判別手段６０は、照度センサ９０の出力が所定値より大きい場合は、太陽光や、強い照明下であると検知し、第一の閾値保持手段６１が保持する第一の閾値Ｅ３と、第二の閾値保持手段６２が保持する第二の閾値Ｅ４に、所定の補正値を加算してから、キースイッチ５１ａ〜５１ｃの操作の有無の判別、及び、大人と幼児の指を判別を行うことで、より信頼性の高い操作入力装置とすることができる。
【００５３】
（実施の形態５）
図１０は、本発明の第５の実施の形態における操作入力装置のブロック図である。なお、上記第１の実施の形態における加熱調理器の操作入力装置と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００５４】
図１０において、主制御回路６６（図示せず）の駆動用電圧と別に、前記発光素子５５ａ〜５５ｃに所定の電流を供給する定電流電源９１を設け、その出力電流値は前記照度センサ９０の出力に応じて可変させる。
【００５５】
その動作、作用としては、照度センサ９０の出力が周囲光判定値より大きい時は、定電流電源９１から供給する電流値を大きくすることで、太陽光や、強い照明下であってもキースイッチ５１ａ〜５１ｃの操作の有無の判別するに足る出力が受光素子５７から出力され、より信頼性の高い操作入力装置とすることができる。
【００５６】
（実施の形態６）
図１１は、本発明の第６の実施の形態における操作入力装置のブロック図である。なお、上記第１の実施の形態における加熱調理器の操作入力装置と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００５７】
図１１において、減算手段９２を設け、前記照度センサの出力に応じて、前記Ｉ−Ｖ変換手段５８の出力（受光素子５７の受光量に等しい）から所定量だけ減じた値を記憶手段５９へ出力している。
【００５８】
その動作、作用としては、前記照度センサ９０の出力が周囲光判定値以下の時はゼロを減じる、他方、前記照度センサ９０の出力が周囲光判定値より大きい時は、その出力に所定の係数を掛けた値を前記Ｉ−Ｖ変換手段５８の出力から減じる。こうすることで、太陽光や、強い照明下であってもキースイッチ５１ａ〜５１ｃの操作の有無の判別することが可能となり、より信頼性の高い操作入力装置とすることができる。
【００５９】
なお、発光素子５５ａ〜５５ｃから光を照射していない時のＩ−Ｖ変換手段５８の出力を第二の記憶手段で記憶し、その値を減じるように構成しても同じ効果が得られることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
以上のように、本発明にかかる操作入力装置は、機器をプレート等の透光性の部材越しに操作できるため、防塵・防水構造が容易に実現できる。また、光学式で機械的な可動部分を持たないため、押圧操作といった作動力不要で、動作寿命が半永久的とすることが可能となるので、家庭用電化機器のみならず様々な産業用機器にも搭載することができる。
【符号の説明】
【００６１】
５０ トッププレート
５１ キースイッチ
５５ａ〜５５ｃ 発光素子
５７ 受光素子
５８ Ｉ−Ｖ変換手段
５９ 記憶手段
６０ 判別手段
６１ 第一の閾値保持手段
６２ 第二の閾値保持手段
６３ 導光体
６４ 光学接着剤
６５ａ〜６５ｃ 第一の発光素子
６６ａ〜６６ｃ 第二の発光素子
６８ 受光素子
６９ａ、６９ｂ 導光体
８０ ボディ
８１ 鍋
８２ 温度センサ
８３ フタ
８４ 操作回路基板
８５ 光学式操作スイッチ
８６ 加熱制御回路基板
８７ 防水式プッシュスイッチ
９０ 照度センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機器のキースイッチ操作面を有する透光性のプレートと、前記プレートの操作面の裏側に配置したピーク波長が異なる光を発光する発光素子と、前記発光素子からの光がプレート上の操作面の表側に触れられた指などの反射物体により反射された反射光を検出する受光素子と、前記発光素子の波長を切り換える波長選択手段と、前記波長選択手段により選択された前記発光素子からの受光量を波長別、及び前記キースイッチ別に記憶する記憶手段と、反射光の有無を判別するための第一の閾値を保持する第一の閾値保持手段と、指の大小を判別するための第二の閾値を保持する第二の閾値保持手段と、前記記憶手段の記憶する各々の受光量と第一の閾値保持手段の出力する第一の閾値とからキースイッチ操作の有無を判別し、且つ、各々の受光量と第二の閾値保持手段の出力する第二の閾値とから大人と幼児の指を判別する判別手段とを備え、幼児の操作による機器の動作を禁止できることを特徴とした操作入力装置。
【請求項２】
波長選択手段が切り換える波長を、機器のキースイッチ操作面を有する透光性のプレートの光透過特性である、０．５μｍ〜３．５μｍとした請求項１に記載の操作入力装置。
【請求項３】
前記短波長側の波長を血液中のヘモグロビンが吸収特性を示す０．６５μｍ以下とした請求項２に記載の操作入力装置。
【請求項４】
前記長波長側の波長を水の吸収特性を示さない１．５μｍ未満、且つ、０．６５μｍ以上とした請求項２または３に記載の操作入力装置。
【請求項５】
キースイッチ操作面に指の形状に楕円形の溝を設け、前記溝内に発光素子及び受光素子を配置して、操作性を向上させるとともに、外乱光による影響を低減させ、確実な操作入力を可能とした請求項１〜４のいずれか１項に記載の操作入力装置。
【請求項６】
前記プレートの下面に照度センサを設け、太陽光や、強い照明下では第一の閾値保持手段が保持する第一の閾値と、第二の閾値保持手段が保持する第二の閾値を、通常より大きな所定の値に補正することを特徴とした請求項１〜５のいずれか１項に記載の操作入力装置。
【請求項７】
前記照度センサの出力に応じて、前記発光素子の発光量を所定量だけ大きくすることを特徴とした請求項６に記載の操作入力装置。
【請求項８】
前記照度センサの出力に応じて、前記受光素子の受光量から所定量だけ減じることを特徴とした請求項６に記載の操作入力装置。
【請求項１】
機器のキースイッチ操作面を有する透光性のプレートと、前記プレートの操作面の裏側に配置したピーク波長が異なる光を発光する発光素子と、前記発光素子からの光がプレート上の操作面の表側に触れられた指などの反射物体により反射された反射光を検出する受光素子と、前記発光素子の波長を切り換える波長選択手段と、前記波長選択手段により選択された前記発光素子からの受光量を波長別、及び前記キースイッチ別に記憶する記憶手段と、反射光の有無を判別するための第一の閾値を保持する第一の閾値保持手段と、指の大小を判別するための第二の閾値を保持する第二の閾値保持手段と、前記記憶手段の記憶する各々の受光量と第一の閾値保持手段の出力する第一の閾値とからキースイッチ操作の有無を判別し、且つ、各々の受光量と第二の閾値保持手段の出力する第二の閾値とから大人と幼児の指を判別する判別手段とを備え、幼児の操作による機器の動作を禁止できることを特徴とした操作入力装置。
【請求項２】
波長選択手段が切り換える波長を、機器のキースイッチ操作面を有する透光性のプレートの光透過特性である、０．５μｍ〜３．５μｍとした請求項１に記載の操作入力装置。
【請求項３】
前記短波長側の波長を血液中のヘモグロビンが吸収特性を示す０．６５μｍ以下とした請求項２に記載の操作入力装置。
【請求項４】
前記長波長側の波長を水の吸収特性を示さない１．５μｍ未満、且つ、０．６５μｍ以上とした請求項２または３に記載の操作入力装置。
【請求項５】
キースイッチ操作面に指の形状に楕円形の溝を設け、前記溝内に発光素子及び受光素子を配置して、操作性を向上させるとともに、外乱光による影響を低減させ、確実な操作入力を可能とした請求項１〜４のいずれか１項に記載の操作入力装置。
【請求項６】
前記プレートの下面に照度センサを設け、太陽光や、強い照明下では第一の閾値保持手段が保持する第一の閾値と、第二の閾値保持手段が保持する第二の閾値を、通常より大きな所定の値に補正することを特徴とした請求項１〜５のいずれか１項に記載の操作入力装置。
【請求項７】
前記照度センサの出力に応じて、前記発光素子の発光量を所定量だけ大きくすることを特徴とした請求項６に記載の操作入力装置。
【請求項８】
前記照度センサの出力に応じて、前記受光素子の受光量から所定量だけ減じることを特徴とした請求項６に記載の操作入力装置。
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１】
【図６】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１５２８６０（Ｐ２０１０−１５２８６０Ａ）
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２９８８５（Ｐ２００９−１２９８８５）
【出願日】平成２１年５月２９日（２００９．５．２９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２９日（２００９．５．２９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]