DE102021121066A1

DE102021121066A1 - Berührungsloser schalter

Info

Publication number: DE102021121066A1
Application number: DE102021121066.6A
Authority: DE
Inventors: Ryota Kanda; Junya Fujita; Mitsuru Okuda
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2020-09-18
Filing date: 2021-08-13
Publication date: 2022-03-24
Also published as: CN114200589A; JP2022051320A

Abstract

Einen berührungslosen Schalter bereitzustellen, der verflacht werden kann. Berührungsloser Schalter weist auf: eine Lichtleiterplatte, die ein Muster anzeigen kann, das eine Position mit dem Licht von der Lichtquelle zeigt, an der eine Betätigungseingabe angenommen wird, und einen Erkennungsabschnitt, der ein Sensorlicht emittiert, und bei der Erkennung des Sensorlichts, das von einem an der Position befindlichen bestimmten Objekt, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, reflektiert oder gestreut wird, ein Erkennungssignal ausgibt, das zeigt, dass die Erkennung vorgenommen wird. Die Lichtleiterplatte weist ferner auf: mehrere erste Prismen, die entlang einem Muster angeordnet sind, und ein Licht, das von der Lichtquelle emittiert wird und in die Lichtleiterplatte einfällt, derart reflektieren, dass das Licht von einer vorderen Fläche der Lichtleiterplatte ausfällt, und ein zweites Prisma, das das Sensorlicht, das vom Erkennungsabschnitt emittiert wird und in die Lichtleiterplatte einfällt, zu einer Position hin zu reflektieren, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, sowie ein Sensorlicht, das von dem bestimmten Objekt an der Position reflektiert oder gestreut wird und von der vorderen Fläche der Lichtleiterplatte in die Lichtleiterplatte einfällt, zu dem Erkennungsabschnitt reflektiert.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2020-157739 , eingereicht beim japanischen Patentamt am 18. September 2020, wobei deren gesamter Gehalt hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen berührungslosen Schalter, der eine berührungslose Betätigungseingabe ermöglicht.
HINTERGRUNDTECHNIK
Unter dem Gesichtspunkt der Hygiene bzw. der Verhinderung der Ausbreitung von Infektionskrankheiten werden ein berührungsloser Schalter geforscht, der eine Betätigungseingabe ermöglicht, ohne dass der Benutzer irgendein Bauteil berührt (siehe z. B. JP 2020-64632 A ).
Das in JP 2020-64632 A offenbarte Eingabegerät umfasst bspw. eine Lichtquelle, eine Lichtleiterplatte, einen Sensor und ein zweites Bild. Die Lichtleiterplatte leitet das Licht von der Lichtquelle und bildet ein erstes Bild im Raum ab. Der Sensor erfasst ein Objekt in einem Raum, der die Abbildungsposition des ersten Bildes umfasst, oder in einem Raum, der in einem bestimmten Abstand von der Abbildungsposition des ersten Bildes entfernt ist. Das zweite Bild wird auf einer Fläche angezeigt, die sich von einer Fläche, auf der das erste Bild angezeigt wird, unterscheidet. Dann ändert ein Controller das anzuzeigende erste Bild in Abhängigkeit von der Eingabeoperation des Benutzers für das erste Bild. Weiterhin ist eine Lichtleiterplatte oder eine Anzeigevorrichtung zur Anzeige des zweiten Bildes vorgesehen, und der Controller ändert das anzuzeigende zweite Bild in Abhängigkeit von der Eingabeoperation.
ÜBERSICHT DER ERFINDUNG
Die in JP 2020-64632 A offenbarte Eingabevorrichtung ist derart ausgebildet, dass dieses die Dreidimensionalität des Bildes leicht erhält. Je nach Gerät, in dem der berührungslose Schalter montiert ist, kann jedoch kein Platz für die Anordnung des berührungslosen Schalters vorhanden sein. Daher ist es erwünscht, den berührungslosen Schalter zu verflachen.
Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe, einen berührungslosen Schalter bereitzustellen, der verflacht werden kann.
[Mittel zum Lösen der Aufgabe]
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein berührungsloser Schalter bereitgestellt. Dieser berührungslose Schalter weist auf: eine Lichtquelle, eine Lichtleiterplatte, die aus einem durchsichtigen Teil flächenförmig gebildet ist, eine erste Einfallsfläche und eine zweite Einfallsfläche aufweist, und ein Muster anzeigen kann, das eine Position zeigt, an der eine Betätigungseingabe angenommen wird, eine Lichtquelle, die gegenüber der ersten Einfallsfläche angeordnet ist, einen Erkennungsabschnitt, der gegenüber der zweiten Einfallsfläche angeordnet ist, das Sensorlicht emittiert, und bei der Erkennung des Sensorlichts, das von einem an der Position befindlichen bestimmten Objekt, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, reflektiert oder gestreut wird, ein Erkennungssignal ausgibt, das zeigt, dass die Erkennung vorgenommen wird, sowie einen Steuerungsabschnitt, der beim Empfang des Erkennungssignals von dem Erkennungsabschnitt ein Signal ausgibt, das zeigt, dass die Betätigungseingabe vorgenommen wird. Die Lichtleiterplatte weist ferner auf: mehrere erste Prismen, die auf einer ersten Fläche der Lichtleiterplatte, die einer Position, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, entgegengesetzt ist, entlang dem Muster, das die Position zeigt, an der eine Betätigungseingabe angenommen wird, angeordnet sind, ein Licht, das von der Lichtquelle emittiert wird und von der ersten Einfallsfläche in die Lichtleiterplatte einfällt, derart reflektieren, dass das Licht von einer zweiten Fläche der Lichtleiterplatte auf der Seite der Position ausfällt, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, und mindestens ein zweites Prisma, das auf der ersten Fläche der Lichtleiterplatte vorgesehen ist, das Sensorlicht, das vom Erkennungsabschnitt emittiert wird und von der zweiten Einfallsfläche in die Lichtleiterplatte einfällt, von der zweiten Fläche der Lichtleiterplatte ausfallen lässt und zu einer Position hin reflektiert, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, sowie ein Sensorlicht, das von dem bestimmten Objekt an der Position reflektiert oder gestreut wird und von der zweiten Fläche in die Lichtleiterplatte einfällt, zu dem Erkennungsabschnitt reflektiert.
Mit der Ausbildung breitet sich auch das Sensorlicht in der Lichtleiterplatte zur Anzeige der Position aus, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, so dass der Erfassungsabschnitt auf der entgegengesetzten Seite der Position, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, über die Lichtleiterplatte nicht angeordnet werden muss, und als Folge kann dieser berührungslose Schalter verflacht werden.
Bei diesem berührungslosen Schalter weist die Lichtleiterplatte mehrere zweiten Prismen auf, die auf der ersten Fläche vorgesehen sind, wobei die jeweiligen mehreren zweiten Prismen bevorzugt derart angeordnet sind, dass die Abstände zwischen den zweiten Prismen und der Position, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, miteinander gleich sind.
Mit der Ausbildung kann dieser berührungslose Schalter für jedes der zweiten Prismen die Leuchtmenge des Sensorlichts im Wesentlichen ausgleichen, das vom Erkennungsabschnitt emittiert wird und die Position erreicht, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, und als Folge kann die Betätigungseingabe durch den Benutzer mit hoher Genauigkeit erkannt werden, unabhängig von der Richtung des Sensorlichts, das von einem bestimmten Objekt an der Position, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, reflektiert oder gestreut wird.
Alternativ weist die Lichtleiterplatte in diesem berührungslosen Schalter mehrere zweiten Prismen auf, die auf der ersten Fläche vorgesehen sind, wobei die jeweiligen mehreren zweiten Prismen bevorzugt derart gebildet sind, dass die Reflexionsfläche, die das Sensorlicht reflektiert, mit zunehmendem Abstand zu der Position vergrößert wird, an der die Betätigungseingabe angenommen wird.
Mit der Ausbildung kann dieser berührungslose Schalter für jedes der zweiten Prismen die Leuchtmenge des Sensorlichts im Wesentlichen ausgleichen, das vom Erkennungsabschnitt emittiert wird und die Position erreicht, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, und als Folge kann die Betätigungseingabe durch den Benutzer mit hoher Genauigkeit erkannt werden, unabhängig von der Richtung des Sensorlichts, das von einem bestimmten Objekt an der Position, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, reflektiert oder gestreut wird.
Weiterhin ist es bei diesem berührungslosen Schalter bevorzugt, dass die erste Einfallsfläche und die zweite Einfallsfläche auf zueinander unterschiedlichen Seitenflächen der Lichtleiterplatte vorgesehen sind.
Mit der Ausbildung kann dieser berührungslose Schalter verhindern, dass eines der ersten Prismen das Sensorlicht zur Position hin reflektiert, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, oder dass eines der ersten Prismen das Sensorlicht, das von einem Objekt an einer anderen Position als der Position, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, reflektiert oder gestreut wird, zum Erkennungsabschnitt hin reflektiert. Hierdurch kann eine falsche Erkennung einer vom Benutzer nicht beabsichtigten Betätigungseingabe verhindert werden.
Figurenliste
Es zeigt:

1 einen schematischen Aufbau eines berührungslosen Schalters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Schnittansicht einer Lichtleiterplatte an der durch den Pfeil AA' in 1 gezeigten Linie;
3: eine schematische Schnittansicht der Lichtleiterplatte an der durch den Pfeil BB' in 1 gezeigten Linie;
4A eine schematische Schrägansicht der Lichtleiterplatte und 4B eine schematische Vorderansicht der Lichtleiterplatte in einem abgewandelten Beispiel;
5 einen schematischen Aufbau eines berührungslosen Schalters nach einem anderen abgewandelten Beispiel.

AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Ein berührungsloser Schalter nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. In diesem berührungslosen Schalter sind mehrere Prismen, die das Licht aus einer Lichtquelle, das von einer von Einfallsflächen einer Lichtleiterplatte in die Lichtleiterplatte einfallen und sich in der Lichtleiterplatte ausbreitet, auf die dem Benutzer zugewandte Seite (im Folgenden der Einfachheit halber ggf. als Vorderseite bezeichnet) reflektieren, in der Lichtleiterplatte entlang einem Muster angeordnet, das eine Position zeigt, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, wodurch das Muster angezeigt werden kann. Weiterhin sind in diesem berührungslosen Schalter das lichtemittierende Element und das lichtempfangende Element, die das Lichtsensor aufweist, derart angeordnet, dass diese den anderen Einfallsflächen der Lichtleiterplatte gegenüberliegen, und ein Prisma, das ein Sensorlicht, das vom lichtemittierenden Element des Lichtsensors emittiert wird, fällt in die Lichtleiterplatte ein und sich in der Lichtleiterplatte ausbreitet, zur Vorderseite reflektiert, und ein Sensorlicht, das von einem Finger des Benutzers usw. reflektiert oder gestreut wird, und von der Vorderseite der Lichtleiterplatte in die Lichtleiterplatte einfällt, zum lichtempfangenden Element des Lichtsensors reflektiert, ist separat von dem oben genannten Prisma zur Bildung des Musters vorgesehen. Hierdurch kann die Verflachung dieses berührungslosen Schalters bewirkt werden.
In der nachstehend erläuterten Ausführungsform wird davon ausgegangen, dass der berührungslose Schalter mit dem Finger des Benutzers betätigt wird. D. h., es wird davon ausgegangen, dass die Betätigungseingabe durch die Erkennung von Sensorlicht angenommen wird, das vom Finger des Benutzers, der an der Position liegt, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, reflektiert oder gestreut wird. Der Finger des Benutzers ist ein Beispiel für ein bestimmtes Objekt, das die Betätigungseingabe für den berührungslosen Schalter vornimmt. Das bestimmte Objekt zur Durchführung der Betätigungseingabe ist jedoch nicht auf den Finger des Benutzers beschränkt, und kann jeder andere Teil des Benutzers sein, wie z. B. die Hand des Benutzers oder jedes vom Benutzer getragene oder besessene Objekt, das das Sensorlicht reflektieren oder streuen kann.
1 ist ein schematischer Aufbau eines berührungslosen Schalters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der berührungslose Schalter 1 weist eine Lichtleiterplatte 11, eine Lichtquelle 12, einen Lichtsensor 13 und einen Steuerungsabschnitt 14 auf. Jedes dieser Teile ist in einem Gehäuse (nicht abgebildet) aufgenommen.
Die Lichtleiterplatte 11 ist ein Teil, das für das von der Lichtquelle 12 emittierte Licht und das vom Lichtsensor 13 emittierte Sensorlicht durchsichtig und flächenförmig gebildet ist. Die Lichtleiterplatte 11 wird dadurch gebildet, dass für das von der Lichtquelle 12 emittierte Licht und das vom Lichtsensor 13 emittierte Sensorlicht ein durchsichtiges Harz, wie z. B. Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat oder Cycloolefinpolymer, geformt wird. Die Lichtleiterplatte 11 zeigt durch das von der Lichtquelle 12 emittierte, in die Lichtleiterplatte 11 einfallende und sich in der Lichtleiterplatte 11 ausbreitende Licht ein Muster 21 an, das eine Position, an der die Betätigungseingabe angenommen wird. Weiterhin lenkt die Lichtleiterplatte 11 das vom Lichtsensor 13 emittierte, in die Lichtleiterplatte 11 einfallende und sich in der Lichtleiterplatte 11 ausbreitende Sensorlicht zur Position, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, und lenkt das Licht, das von einem an der Position, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, befindlichen Finger des Benutzers reflektiert oder gestreut wird, und in die Lichtleiterplatte 11 einfällt, zum Lichtsensor 13.
2 ist eine schematische Schnittansicht der Lichtleiterplatte 11 an der durch den Pfeil AA' in 1 gezeigten Linie. 3 ist eine schematische Schnittansicht der Lichtleiterplatte 11 an der durch den Pfeil BB' in 1 gezeigten Linie. Eine der Seitenflächen der Lichtleiterplatte 11 ist als erste Einfallsfläche 11a gebildet, durch die das von der Lichtquelle 12 emittierte Licht in die Lichtleiterplatte 11 einfällt. Außerdem sind auf der hinteren Fläche (erste Fläche) der Lichtleiterplatte 11 mehrere Prismen 22 (erste Prismen) gebildet, die entlang dem Muster 21 angeordnet sind. Jedes Prisma 22 ist z. B. als dreieckig-prismatische Rille gebildet und derart angeordnet, dass eine Fläche der Rille als Reflexionsfläche der Lichtquelle 12 gegenüberliegt. Jedes Prisma 22 zeigt ferner das Muster 21 an, indem das Licht, das von der ersten Einfallsfläche 11a in die Lichtleiterplatte 11 einfällt und sich in der Lichtleiterplatte 11 ausbreitet, total reflektiert wird und dann das Licht von der vorderen Fläche (der zweiten Fläche) der Lichtleiterplatte 11 ausfällt. Das Muster 21 wird in der Nähe der Position angezeigt, um die Position zu zeigen, an der die Betätigungseingabe angenommen wird. Die Anzeigeposition des Musters 21 kann z. B. derart festgelegt werden, dass sich das Muster 21 mit dem Fuß einer vertikalen Linie überschneidet, die von der Position, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, zur vorderen Fläche der Lichtleiterplatte 11 abfällt.
Das Muster 21 kann auf der Vorderseite der Lichtleiterplatte 11 als dreidimensionales Bild in der Luft auch dargestellt werden. In diesem Fall sind für jeden Punkt des Musters 21 mehrere Prismen 22 vorgesehen. Für den einzelnen Punkt des Musters 21 sind die jeweiligen mehreren Prismen 22 derart angeordnet, dass das Licht, das von der Einfallsfläche 11a einfällt und sich in der Lichtleiterplatte 11 ausbreitet, zu dem Punkt reflektiert wird. Daher wird das Licht von den mehreren Prismen 22, die an zueinander unterschiedlichen Positionen angeordnet sind, auf den einzelnen Punkt des Musters 21 fokussiert, das ein dreidimensionales Bild in der Luft darstellt. Vom Benutzer aus, der sich auf der Vorderseite befindet, scheint es daher derart, als ob Licht von dem Punkt der einzelnen Punkte des in der Luft angezeigten Musters 21 emittiert wird. Daher wird, vom Benutzer aus gesehen, das in der Luft angezeigte Muster 21 betrachtet.
Zwei oder drei der Seitenflächen der Lichtleiterplatte 11 können als erste Einfallsflächen auch gebildet sein. Die Lichtquelle 12 kann ferner derart angeordnet sein, dass diese jeder der ersten Einfallsflächen gegenüberliegt.
Eine andere zur ersten Einfallsfläche 11a orthogonale Seitenfläche der Lichtleiterplatte 11 ist als zweite Einfallsfläche 11b gebildet, durch die das vom Lichtsensor 13 emittierte Sensorlicht in die Lichtleiterplatte 11 einfällt. An der hinteren Fläche der Lichtleiterplatte 11 ist ferner mindestens ein Prisma 23 (zweites Prisma) gebildet. Das Prisma 23 ist z. B. als dreieckig-prismatische Rille gebildet, und eine Fläche der Rille ist derart angeordnet, dass diese dem Lichtsensor 13 als Reflexionsfläche gegenüberliegt. Das Prisma 23 reflektiert das Sensorlicht total, das von der zweiten Einfallsfläche 11b einfällt und sich in der Lichtleiterplatte 11 ausbreitet, und lässt dann das Licht von der vorderen Fläche der Lichtleiterplatte 11 zur Position ausfallen, an der die Betätigungseingabe angenommen wird. Weiterhin reflektiert das Prisma 23 das Sensorlicht total, das von einem Finger des Benutzers, der sich an der Position befindet, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, reflektiert oder gestreut wird, und von der vorderen Fläche der Lichtleiterplatte 11 in die Lichtleiterplatte 11 einfällt, und leitet das Licht zum Lichtsensor 13.
In der vorliegenden Ausführungsform stehen die erste Einfallsfläche 11a und die zweite Einfallsfläche 11b zueinander orthogonal, und die Lichtquelle 12 ist derart vorgesehen, dass diese der ersten Einfallsfläche 11a gegenüberliegt, und der Lichtsensor 13 ist derart vorgesehen, dass dieser der zweiten Einfallsfläche 11b gegenüberliegt. Daher sind auch die Reflexionsfläche jedes Prismas 22, das das Muster 21 bildet, und die Reflexionsfläche des Prismas 23 in voneinander unterschiedliche Richtungen gerichtet. Folglich reflektiert jedes Prisma 22 weder das vom Lichtsensor 13 emittierte und sich in der Lichtleiterplatte 11 ausbreitende Sensorlicht zur Vorderseite, noch reflektiert es das von der vorderen Fläche der Lichtleiterplatte 11 einfallende Sensorlicht zum Lichtsensor 13. Daher wird verhindert, dass das Sensorlicht von einem Objekt reflektiert oder gestreut wird, das sich an einer anderen Position als der Position befindet, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, und an den Lichtsensor 13 zurückgekehrt wird, so dass eine falsche Erkennung einer Betätigungseingabe, die nicht vom Benutzer beabsichtigt ist, verhindert wird.
Die beiden einander gegenüberliegenden Seitenflächen über die Lichtleiterplatte 11 können auch als erste Einfallsfläche 11a bzw. zweite Einfallsfläche 11b gebildet sein. Auch in diesem Fall, wie in der obigen Ausführungsform, reflektiert jedes Prisma 22 weder das vom Lichtsensor 13 emittierte und sich in der Lichtleiterplatte 11 ausbreitende Sensorlicht zur Vorderseite, noch reflektiert es das von der vorderen Fläche der Lichtleiterplatte 11 einfallende Sensorlicht zum Lichtsensor 13, so dass eine falsche Erkennung einer Betätigungseingabe, die nicht vom Benutzer beabsichtigt ist, verhindert wird.
Alternativ können Kollimationslinse zwischen der Lichtquelle 12 bzw. dem Lichtsensor 13 und der als Einfallsfläche gebildeten Seitenfläche der Lichtleiterplatte 11 jeweils angeordnet werden. Da in diesem Fall das von der Lichtquelle 12 emittierte Licht und das vom Lichtsensor 13 emittierte Sensorlicht jeweils als Parallelstrahl auf die Lichtleiterplatte 11 einfallen, breiten sich das Licht der Lichtquelle 12 und das Sensorlicht des Lichtsensors 13 parallel zueinander in der Lichtleiterplatte 11 aus. Daher können in diesem Fall die erste Einfallsfläche und die zweite Einfallsfläche die gleiche Seitenfläche der Lichtleiterplatte 11 darstellen, da jedes der Prismen 22 an einer Position angeordnet werden kann, an der sich das Sensorlicht nicht ausbreitet.
Die Lichtquelle 12 emittiert Licht zur Anzeige des Musters 21. Dafür weist die Lichtquelle 12 zwei oder mehr lichtemittierende Elemente auf, deren Leuchtfarben sich voneinander unterscheiden (z. B. ein erstes lichtemittierendes Element, das blaues Licht emittiert, und ein zweites lichtemittierendes Element, das rotes Licht emittiert). D. h., die Lichtquelle 12 kann die Leuchtfarbe des Beleuchtungslichts ändern. Jedes lichtemittierende Element kann z. B. eine Leuchtdiode sein. Jedes lichtemittierende Element der Lichtquelle 12 ist derart angeordnet, dass seine lichtemittierende Fläche der ersten Einfallsfläche 11a der Lichtleiterplatte 11 gegenüberliegt. Das Licht, das von jedem lichtemittierenden Element der Lichtquelle 12 emittiert wird, fällt von der ersten Einfallsfläche 11a in die Lichtleiterplatte 11 ein, breitet sich in der Lichtleiterplatte 11 aus und wird von den mehreren Prismen 22 reflektiert, die an der Rückseite der Lichtleiterplatte 11 vorgesehen sind, wodurch das Licht von der vorderen Fläche der Lichtleiterplatte 11 ausfällt und das Muster 21 anzeigt.
Jedes lichtemittierende Element, das die Lichtquelle 12 aufweist, wird derart gesteuert, dass in Abhängigkeit von einem Steuersignal des Steuerungsabschnitts 14 eines der lichtemittierenden Elemente eingeschaltet wird und die anderen lichtemittierenden Elemente ausgeschaltet werden. D. h., die Farbe des Lichts, das das Muster 21 anzeigt, ändert sich in Abhängigkeit vom lichtemittierenden Element, das Licht emittiert, unter jedem lichtemittierenden Element, das die Lichtquelle 12 aufweist. Folglich schaltet der Steuerungsabschnitt 14 bei jeder Annahme der Betätigungseingabe durch den Benutzer das lichtemittierende Element um, das zur Lichtemission gebracht werden soll, wodurch der Benutzer den Betätigungszustand des berührungslosen Schalters 1 leicht erkennen kann.
Der Lichtsensor 13 ist ein Beispiel für einen Erkennungsabschnitt und erkennt die Betätigungseingabe des Benutzers. Dafür weist der Lichtsensor 13 ein lichtemittierendes Element (nicht dargestellt), das ein Sensorlicht emittiert, und ein lichtempfangendes Element (nicht dargestellt) auf, das das durch den Finger des Benutzers reflektierte oder gestreute Sensorlicht erkennt und ein Erkennungssignal ausgibt, das die Erkennung des Sensorlichts zeigt. Das Sensorlicht ist bevorzugt Licht, das der Benutzer nicht sehen kann, und somit das lichtemittierende Element kann z. B. eine Infrarot-Leuchtdiode sein, die Infrarotlicht als Sensorlicht emittiert. Das lichtempfangende Element kann ferner ein lichtempfangendes Element mit Empfindlichkeit für das Sensorlicht sein, z. B. eine Fotodiode mit Empfindlichkeit für Infrarotlicht.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Lichtsensor 13 derart angeordnet, dass die lichtemittierende Fläche des lichtemittierenden Elements und die lichtempfangende Fläche des lichtempfangenden Elements, die der Lichtsensor 13 aufweist, der zweiten Einfallsfläche 11b der Lichtleiterplatte 11 gegenüberliegt. Das vom lichtemittierenden Element des Lichtsensors 13 emittierte Sensorlicht fällt über die zweite Einfallsfläche 11b in die Lichtleiterplatte 11 ein, breitet sich in der Lichtleiterplatte 11 aus, wird dann vom Prisma 23 total reflektiert und fällt von der vorderen Fläche der Lichtleiterplatte 11 aus und verläuft zu der Position, an der die Betätigungseingabe angenommen wird. Wenn sich der Benutzer einen Finger der Position nähert, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, fällt ein Teil des Sensorlichts, das vom Finger des Benutzers reflektiert oder gestreut wird, von der vorderen Fläche der Lichtleiterplatte 11 wieder in die Lichtleiterplatte 11 ein, wird dann vom Prisma 23 total reflektiert und kehrt zum Lichtsensor 13 zurück. Wenn das lichtempfangende Element des Lichtsensors 13 das zurückgekehrte Sensorlicht erkennt, gibt dieses ein Erkennungssignal an den Steuerungsabschnitt 14 aus. Hierdurch wird die Betätigungseingabe durch den Benutzer erkannt. Auf diese Weise ist der Lichtsensor 13 derart anordnet, dass sich nicht nur das Licht von der Lichtquelle 12 zur Anzeige des Musters 21, sondern auch sich das Sensorlicht in der Lichtleiterplatte 11 ausbreitet, sowie ist ein Prisma 23 zur Reflexion des Sensorlichts an die Position vorgesehen, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, wodurch die Verflachung des berührungslosen Schalters 1 möglich ist. Da in diesem Beispiel der Weg des vom lichtemittierenden Element gesendeten Sensorlichts und der Weg des vom lichtempfangenden Element erfassten Sensorlichts im Wesentlichen miteinander übereinstimmen, kann die Position, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, auf den Weg des Sensorlichts in der Luft an der Vorderseite der Lichtleiterplatte 11 festgelegt werden.
Der Steuerungsabschnitt 14 gibt beim Empfang des Erkennungssignals vom Lichtsensor 13 ein Signal aus, das zeigt, dass die Betätigungseingabe vorgenommen wird, und ändert die Farbe des von der Lichtquelle 12 emittierten Beleuchtungslichts. Dazu weist der Steuerungsabschnitt 14 z. B. einen oder mehrere Mikroprozessoren, einen Halbleiterspeicher und eine Schnittstelle zur Verbindung mit anderen Geräten auf.
Wenn die Betätigungseingabe durch den Benutzer nicht angenommen wird, schaltet der Steuerungsabschnitt 14 eines der lichtemittierenden Elemente (z. B. das erste lichtemittierende Element, das blaues Licht emittiert) ein und schaltet die anderen lichtemittierenden Elemente unter den jeweiligen lichtemittierenden Elementen aus, die die Lichtquelle 12 aufweist. Hierdurch wird das Muster 21 mit der Leuchtfarbe des ersten lichtemittierenden Elements in der Nähe der Position angezeigt, an der die Betätigungseingabe angenommen wird.
Danach gibt der Steuerungsabschnitt 14 beim Empfang des Erkennungssignals vom Lichtsensor 13 über die Schnittstelle ein Signal an die anderen Geräte aus, das zeigt, dass der Betätigungszustand in einen ersten Zustand (z. B. ein Ein-Zustand) gelangt. Der Steuerungsabschnitt 14 schaltet dann das erste lichtemittierende Element aus und schaltet die anderen lichtemittierenden Elemente (z. B. ein zweites lichtemittierendes Element, das rotes Licht emittiert) unter den jeweiligen lichtemittierenden Elementen der Lichtquelle 12 ein. Hierdurch ändert sich die Farbe des Lichts, das das Muster 21 anzeigt (d. h. die Farbe des Musters ändert sich von der Leuchtfarbe des ersten lichtemittierenden Elements zur Leuchtfarbe des zweiten lichtemittierenden Elements). Daher kann der Benutzer leicht erkennen, dass die Betätigungseingabe angenommen wird und sich der Betätigungszustand ändert.
Danach, wenn das Erkennungssignal vom Lichtsensor 13 einmal nicht mehr empfängt und das Erkennungssignal wieder empfängt wird, gibt der Steuerungsabschnitt 14 über die Schnittstelle an die anderen Geräte ein Signal aus, das zeigt, dass der Betätigungszustand in einen zweiten Betätigungszustand (z. B. ein Aus-Zustand) gelangt. Dann schaltet der Steuerungsabschnitt 14 das zweite lichtemittierende Element aus und schaltet das erste lichtemittierende Element unter den jeweiligen lichtemittierenden Elementen der Lichtquelle 12 ein. Hierdurch ändert sich die Farbe des Lichts, das das Muster 21 anzeigt, von der Leuchtfarbe des zweiten lichtemittierenden Elements auf die Leuchtfarbe des ersten lichtemittierenden Elements. Daher kann der Benutzer leicht erkennen, dass die Betätigungseingabe wieder angenommen und der Betätigungszustand wiederhergestellt wurde.
Der Steuerungsabschnitt 14 kann auch den Beleuchtungszustand abgesehen von der Leuchtfarbe der Lichtquelle 12 bei jedem Empfang des Erkennungssignals vom Lichtsensor 13 ändern. Bspw. kann der Steuerungsabschnitt 14 die Lichtquelle 12 in einem vorgegebenen Zyklus auch blinken, wenn das Erkennungssignal vom Lichtsensor 13 empfangen wird und der Betätigungszustand in den ersten Betätigungszustand gelangt. Dann kann der Steuerungsabschnitt 14 auch die Lichtquelle 12 einschalten, wenn der Steuerungsabschnitt 14 das Erkennungssignal vom Lichtsensor 13 einmal nicht mehr empfängt und dann wieder das Erkennungssignal empfängt und der Betätigungszustand in den zweiten Betätigungszustand gelangt. Alternativ kann der Steuerungsabschnitt 14 die Lichtquelle 12 auch derart steuern, dass sich die Leuchtintensität der Lichtquelle 12 zwischen dem ersten Betätigungszustand und dem zweiten Betätigungszustand unterscheidet.
Wie oben erläutert, kann dieser berührungslose Schalter die Betätigungseingabe erkennen, indem der Benutzer den Finger in eine Position bewegt, an der die Betätigungseingabe in der Luft angenommen wird, so dass der Benutzer ein Gerät, in dem der berührungslose Schalter montiert ist, berührungslos betätigen kann. Dieser berührungslose Schalter ändert ferner die Anzeigefarbe des Musters, das die Position zeigt, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, bei jeder Annahme der Betätigungseingabe, so dass der Benutzer leicht beurteilen kann, ob die Betätigungseingabe angenommen wurde oder nicht. Weiterhin ist in diesem berührungslosen Schalter der Lichtsensor derart angeordnet, dass in der Lichtleiterplatte, die das die Position zeigende Muster anzeigt, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, sich auch das Sensorlicht ausbreitet, so dass an der Rückseite der Lichtleiterplatte kein Lichtsensor angeordnet sein muss, und als Folge ist die Verflachung möglich.
Nach dem abgewandelten Beispiel, wenn mehrere Prismen 23 auf der Lichtleiterplatte 11 gebildet werden, ist jedes der Prismen 23 bevorzugt derart angeordnet, dass seine Reflexionsfläche dem Lichtsensor 13 direkt gegenüberliegt.
4A ist eine schematische Schrägansicht der Lichtleiterplatte 11 nach diesem abgewandelten Beispiel, und 4B ist eine schematische Vorderansicht der Lichtleiterplatte 11 nach diesem abgewandelten Beispiel. In diesem abgewandelten Beispiel sind mehrere Prismen 23 auf der hinteren Fläche der Lichtleiterplatte 11 gebildet. Jedes Prisma 23 ist entlang einem Bogen angeordnet, der um den Lichtsensor 13 zentriert ist. Jedes Prisma 23 ist derart angeordnet, dass die Reflexionsfläche jedes Prismas 23 dem Lichtsensor 13 direkt gegenüberliegt. D. h., für jedes Prisma 23 sind die Normalenrichtung der Reflexionsfläche jedes Prismas 23 und die Linie, die den Lichtsensor 13 und die Reflexionsfläche des Prismas 23 verbindet, im Wesentlichen parallel zueinander auf der Fläche parallel zur hinteren Fläche der Lichtleiterplatte 11. Außerdem ist jedes Prisma 23 derart gebildet, dass die Neigungswinkel der Reflexionsflächen jedes Prismas 23 relativ zur hinteren Fläche der Lichtleiterplatte 11 gleich sind. Hierdurch wird das vom Lichtsensor 13 emittierte und von der zweiten Einfallsfläche 11b in die Lichtleiterplatte einfallende Sensorlicht durch die mehreren Prismen 23 zur auf der Vorderseite der Lichtleiterplatte 11 festgelegte Position P gelenkt, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, wodurch es möglich wird, die Leuchtmenge des Sensorlichts an der Position P zu erhöhen. Außerdem fällt das Sensorlicht, das vom Finger des Benutzers, der sich an der Position P befindet, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, reflektiert oder gestreut wird, von der vorderen Fläche der Lichtleiterplatte 11 in die Lichtleiterplatte 11 ein, wird von den mehreren Prismen 23 total reflektiert und verläuft zum Lichtsensor 13, wodurch es möglich ist, die Leuchtmenge des Sensorlichts zu erhöhen, das zum Lichtsensor 13 zurückkehrt. Daher kann der berührungslose Schalter nach diesem abgewandelten Beispiel die Betätigungseingabe durch den Benutzer mit hoher Empfindlichkeit erkennen.
Die mehreren Prismen 23 müssen nicht in einer Bogenform mit dem Lichtsensor 13 in der Mitte angeordnet sein, und jedes Prisma 23 kann derart angeordnet sein, dass der Abstand zum Lichtsensor 13 für zwei oder mehr der mehreren Prismen 23 voneinander unterschiedlich ist. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass jedes der Prismen 23 derart angeordnet ist, dass der Neigungswinkel der Reflexionsfläche des Prismas 23 für die hintere Fläche der Lichtleiterplatte 11 mit zunehmendem Abstand vom Lichtsensor 13 zum Prisma 23 vergrößert wird, um das vom Lichtsensor 13 emittierte und in die Lichtleiterplatte 11 einfallende Sensorlicht zu der gleichen Position P total zu reflektieren.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die mehreren Prismen 23 derart angeordnet sind, dass der Abstand der Prismen 23 zu der Position P, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, gleich groß ist. Hierdurch kann die Leuchtmenge des Sensorlichts, das vom Lichtsensor 13 emittiert wird und zu der Position P verläuft, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, oder die Leuchtmenge des Sensorlichts, das von der Position P, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, zum Lichtsensor 13 zurückkehrt, für jedes Prisma 23 homogenisiert werden. Als Folge kann dieser berührungslose Schalter die Betätigungseingabe durch den Benutzer mit hoher Genauigkeit erkennen, unabhängig von der Richtung des Sensorlichts, das vom Finger des Benutzers, der sich an der Position befindet, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, reflektiert oder gestreut wird.
Alternativ ist jedes der mehreren Prismen 23 bevorzugt derart gebildet, dass die Reflexionsfläche mit zunehmendem Abstand vom Prisma 23 zu der Position P vergrößert wird, an der die Betätigungseingabe angenommen wird. Auch in diesem Fall kann die Leuchtmenge des Sensorlichts, das vom Lichtsensor 13 emittiert wird und zu der Position P verläuft, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, oder die Leuchtmenge des Sensorlichts, das von der Position P, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, zum Lichtsensor 13 zurückkehrt, für jedes der Prismen 23 gleich gemacht werden. Daher kann der berührungslose Schalter auch in diesem Fall die Betätigungseingabe durch den Benutzer mit hoher Genauigkeit erkennen, unabhängig von der Richtung des Sensorlichts, das vom Finger des Benutzers, der sich an der Position befindet, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, reflektiert oder gestreut wird.
Nach einem anderen abgewandelten Beispiel können das lichtemittierende Element und das lichtempfangende Element des Lichtsensors an unterschiedlichen Positionen angeordnet sein.
5 ist ein schematischer Aufbau eines berührungslosen Schalters nach diesem abgewandelten Beispiel. Der berührungslose Schalter 2 nach diesem abgewandelten Beispiel unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten berührungslosen Schalter 1 durch die Ausbildung des Lichtsensors. Daher werden im Folgenden dieser Unterschied und die relevanten Teile des berührungslosen Schalters 2 erläutert. Außerdem entfallen in 5 die Darstellungen von Bestandteilen, die nicht mit dem Unterschied im Zusammenhang stehen.
In diesem abgewandelten Beispiel sind das lichtemittierende Element 131 und das lichtempfangende Element 132, die der Lichtsensor 13 aufweist, jeweils an unterschiedlichen Positionen der zweiten Einfallsfläche 11b der Lichtleiterplatte 11 gegenüberliegend angeordnet. Bspw. sind das lichtemittierende Element 131 und das lichtempfangende Element 132 derart angeordnet, dass sich zwischen dem lichtemittierenden Element 131 und dem lichtempfangende Element 132 in einer Richtung entlang der zweiten Einfallsfläche 11b der Lichtleiterplatte 11 eine Position befindet, an der die Betätigungseingabe angenommen wird. Das lichtemittierende Element 131 und das lichtempfangende Element 132 können derart angeordnet sein, dass diese verschiedenen Seitenflächen der Lichtleiterplatte 11 gegenüberliegen, oder derart angeordnet sein, dass diese jeder der in zwei Ecken der Lichtleiterplatte 11 vorgesehenen Aussparungen gegenüberliegen. In diesem Fall sind die Seitenfläche oder die Aussparung, die dem lichtemittierenden Element 131 gegenüberliegt, und die Seitenfläche oder die Aussparung, die dem lichtempfangenden Element 132 gegenüberliegt, jeweils andere Beispiele für die zweite Einfallsfläche.
An der hinteren Fläche der Lichtleiterplatte 11 ist mindestens ein Prisma 23-1 vorgesehen, um das von dem lichtemittierenden Element 131 des Lichtsensors 13 emittierte und durch die zweite Einfallsfläche 11b in die Lichtleiterplatte 11 einfallende Sensorlicht total zu reflektieren und es zu einer Position, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, auf der Vorderseite der Lichtleiterplatte 11 zu lenken. Weiterhin ist mindestens ein Prisma 23-2 an der hinteren Fläche der Lichtleiterplatte 11 zur Totalreflexion des Sensorlichts vorgesehen, das von dem Finger des Benutzers reflektiert oder gestreut wird, der an der Position befindet, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, und von der vorderen Fläche der Lichtleiterplatte 11 in die Lichtleiterplatte 11 einfällt, und zum Lenken des Sensorlichts auf das lichtempfangende Element 132 des Lichtsensors 13. In diesem Beispiel sind das lichtemittierende Element 131 und das lichtempfangende Element 132 derart angeordnet, dass diese in der Reihenfolge des lichtemittierenden Elements 131, der Position, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, und des lichtempfangenden Elements 132 in Bezug auf die Richtung entlang der zweiten Einfallsfläche 11b aufgereiht sind. Folglich ist jedes der Prismen 23-1 derart angeordnet, dass, um das vom lichtemittierenden Element 131 emittierte Sensorlicht zur Position zu lenken, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, die Reflexionsfläche des Prismas 23-1 derart vorgesehen ist, dass sie in einer Ebene parallel zur hinteren Fläche der Lichtleiterplatte 11 näher in Richtung des lichtempfangenden Elements 132 rotiert als in die dem lichtemittierenden Element 131 direkt gegenüberliegende Richtung. Umgekehrt ist jedes der Prismen 23-2 derart vorgesehen, dass, um das Sensorlicht von der Position, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, auf das lichtempfangende Element 132 zu lenken, die Reflexionsfläche des Prismas 23-2 derart vorgesehen ist, dass sie in einer Ebene parallel zur hinteren Seite der Lichtleiterplatte 11 näher in Richtung des lichtemittierenden Elements 131 rotiert als in die dem lichtempfangenden Element 132 direkt gegenüberliegende Richtung.
So wie der berührungslose Schalter nach der obigen Ausführungsform wird auch der berührungslose Schalter nach diesem abgewandelten Beispiel verflacht, da das lichtemittierende Element und das lichtempfangende Element des Lichtsensors jeweils seitlich der Lichtleiterplatte angeordnet sind.
Wie oben beschrieben, kann der Fachmann im Umfang der vorliegenden Erfindung verschiedene Änderungen entsprechend der ausgeführten Form vornehmen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2020157739 [0001]
JP 2020064632 A [0003, 0004, 0005]

Claims

Berührungsloser Schalter, umfassend: eine Lichtquelle, eine Lichtleiterplatte, die aus einem durchsichtigen Teil flächenförmig gebildet ist, eine erste Einfallsfläche und eine zweite Einfallsfläche aufweist, und ein Muster anzeigen kann, das eine Position zeigt, an der eine Betätigungseingabe angenommen wird, eine Lichtquelle, die gegenüber der ersten Einfallsfläche angeordnet ist, einen Erkennungsabschnitt, der gegenüber der zweiten Einfallsfläche angeordnet ist, dazu ausgebildet ist, das Sensorlicht zu emittieren, und bei der Erkennung des Sensorlichts, das von einem an der Position befindlichen bestimmten Objekt, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, reflektiert oder gestreut wird, ein Erkennungssignal auszugeben, das zeigt, dass die Erkennung vorgenommen wird, sowie einen Steuerungsabschnitt, der dazu ausgebildet ist, beim Empfang des Erkennungssignals von dem Erkennungsabschnitt ein Signal auszugeben, das zeigt, dass die Betätigungseingabe vorgenommen wird, wobei die Lichtleiterplatte umfasst: mehrere erste Prismen, die auf einer ersten Fläche der Lichtleiterplatte, die einer Position, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, entgegengesetzt ist, entlang dem Muster angeordnet sind, und dazu ausgebildet ist, ein Licht, das von der Lichtquelle emittiert wird und von der ersten Einfallsfläche in die Lichtleiterplatte einfällt, derart zu reflektieren, dass das Licht von einer zweiten Fläche der Lichtleiterplatte auf der Seite der Position ausfällt, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, und mindestens ein zweites Prisma, das auf der ersten Fläche der Lichtleiterplatte vorgesehen ist, und dazu ausgebildet ist, das Sensorlicht, das vom Erkennungsabschnitt emittiert wird und von der zweiten Einfallsfläche in die Lichtleiterplatte einfällt, von der zweiten Fläche der Lichtleiterplatte ausfallen zu lassen und zu einer Position hin zu reflektieren, an der die Betätigungseingabe angenommen wird, sowie ein Sensorlicht, das von dem bestimmten Objekt an der Position reflektiert oder gestreut wird und von der zweiten Fläche in die Lichtleiterplatte einfällt, zu dem Erkennungsabschnitt zu reflektieren.
Berührungsloser Schalter nach Anspruch 1, wobei die Lichtleiterplatte mehrere zweiten Prismen aufweist, die auf der ersten Fläche vorgesehen sind, wobei die jeweiligen mehreren zweiten Prismen derart angeordnet sind, dass die Abstände zwischen den zweiten Prismen und der Position miteinander gleich sind.
Berührungsloser Schalter nach Anspruch 1, wobei die Lichtleiterplatte mehrere zweiten Prismen auf, die auf der ersten Fläche vorgesehen sind, wobei die jeweiligen mehreren zweiten Prismen derart gebildet sind, dass die Reflexionsfläche, die das Sensorlicht reflektiert, mit zunehmendem Abstand zu der Position vergrößert wird.
Berührungsloser Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Einfallsfläche und die zweite Einfallsfläche auf zueinander unterschiedlichen Seitenflächen der Lichtleiterplatte vorgesehen sind.