JP3525363B2 - Object detection means in touchless panel switch - Google Patents

Object detection means in touchless panel switch

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、タッチレスパネルスイ
ッチにおける物体検出手段に関するもので、静電容量型
近接センサ(スイッチ)を用いたタッチレスパネルスイ
ッチ用指検出装置に関するものである。 【0002】 【従来の技術】本発明の発明者等のうちの一人は、先に
タッチレスパネルスイッチ(以後、タッチレスパネルと
称する)なる装置を発明し、提案している(特願平6−
333727号参照)。図3にタッチレスパネル及び従
来のその物体検出手段の略体斜視図を示す。 【0003】これは、ディスプレイ1、屈折率分布型レ
ンズ素子3及び物体検出手段13からなる入出力端末装
置であって、ディスプレイの画面2(物体面)を屈折率
分布型レンズ素子3により空中へ伝送し、空中に表示さ
れた像面4を指で選択する、つまり指が空中に表示され
た像面4付近の所定領域に侵入したことを検出すること
によってスイッチ入力操作をさせるものであった。 【0004】このタッチレスパネルの一構成要素である
物体検出手段13は、非接触で物体、すなわち機器のオ
ペレータの指が検出範囲に侵入したか否かを検出する部
材であるが、その具体的な構成は、当業者の設計上の選
択事項であり、自由であった。そこで、従来の技術でタ
ッチレスパネルの物体検出手段13を実現しようとする
なら、空中に伝送された両面、つまり像面4の周囲に指
の侵入を検出するセンサを設置することが、先ず、当然
のこととして考えられる。 【0005】この場合、センサとしては、光センサ、例
えば受光素子であるホトトランジスタと投光(発光)素
子である発光ダイオードとを使うことができる。また、
光センサの配置の仕方としては、タッチパネルでよく使
われているように、光の走査線のマトリクスを組ませる
などすることが考えられる。 【0006】図3においても、光の走査線のマトリクス
を、X軸方向を走査する投光素子列11aと受光素子列
(図示せず)及びY軸方向を走査する投光素子列(図示
せず)と受光素子列12bで組んだ構成の光センサの配
置方式を示している。なお、像面4の周囲にセンサを設
置する場合、センサとして、前記発光ダイオードとホト
トランジスタ以外の光センサ及び超音波センサ等の光セ
ンサ以外のセンサを使っても良い。 【0007】空中に表示された像面4の周囲に検出手段
(センサ)を設置する構成では、どのセンサ及びどの検
出方式を使うにしろ、センサを像面4の周囲の所定位置
に取り付けるための枠等の部材が必要であった。図3で
は、センサ取り付け枠10がその部材である。 【0008】従来の技術で、タッチレスパネル用指検出
手段を構成しようとするなら、このセンサ取り付け枠1
0に相当する部材が必要であったため、タッチレスパネ
ル全体のサイズが大きくなりがちであり、また、像面4
を指で選択する際に、このセンサ取り付け枠10及びセ
ンサ取り付け枠10を支持する部材(図示せず)が邪魔
になるという問題点があった。 【0009】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の技術
の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであ
り、その目的とするところは、タッチレスパネルにおい
て、像面4の周囲にセンサ取り付け枠10等の部材を設
置することなく、像面4付近に侵入してくる指を検出で
きる物体検出手段を提供しようとするものである。 【0010】 【課題を解決するための手段】本発明に係わるタッチレ
スパネルにおける物体検出手段は、上記した目的を達成
したもので、次のようなものである。屈折率分布型レン
ズ素子と像面との間の所定の位置に、静電容量型近接セ
ンサの検出電極を設けるとともに、前記検出電極には、
透明な材料を用いている。 【0011】前記検出電極を屈折率分布型レンズ素子と
像面との間に幾つ設けるかは、当業者の設計上の選択事
項であり、ディスプレイの画面に表示するキー(スイッ
チ)の数によって決めればよい。 【0012】 【作用】本発明に係わるタッチレスパネルにおける物体
検出手段は、像面と屈折率分布型レンズ素子の間に、静
電容量型近接センサの透明な材料による検出電極、すな
わち透明電極を所定数、設けたものであるが、各静電容
量型近接センサの作用は、皆同一であるので、一つの静
電容量型近接センサを代表させてその作用について説明
する。 【0013】像面の任意の領域に、機器のオペレータが
指を侵入させると、その領域へ侵入してきた指を検出す
ることを担当している静電容量型近接センサの透明電極
へ該指が接近したことになる。 【0014】静電容量型近接センサは、対象物とセンサ
間の静電容量が両者間の距離に反比例することを利用す
るセンサで、対象物検出用の電極に発振回路を接続し、
該発振回路の発振の開始、発振の停止または発振周波数
の変化により、対象物を検出する。 【0015】該指と該透明電極との間が所定の間隔以下
になると、該静電容量型近接センサは、発振を開始する
かまたは発振を停止するなどの状態の変化をきたすの
で、該指が所定領域に侵入してきたことを検出すること
ができる。 【0016】本発明においては、この静電容量型近接セ
ンサの検出電極は、透明電極であるから、ディスプレイ
の画面は、屈折立分布型レンズ素子により、該透明電極
を経て像面へと伝送される。従って、該透明電極が像面
と屈折立分布型レンズ素子との間に存在しても、タッチ
レスパネルにおいて、ディスプレイの画面を像面へと伝
送する障害となることはない。 【0017】 【実施例】図1及び図2は、本発明の一実施例を模式的
に示す図である。ディスプレイの画面2が屈折率分布型
レンズ素子3によって像面4へと伝送されるように、デ
ィスプレイ1及び屈折率分布型レンズ素子3は、設置し
てある。屈折率分布型レンズ素子3の保持方式は、当業
者の設計上の選択事項であり、自由である。 【0018】また、空中の像面4に表示するキー(スイ
ッチ)の数、形状及びサイズは、当業者の設計上の選択
事項であり、自由である。図1及び図2においては、紙
面の左右方向には、2つのキーを表示させている。 【0019】静電容量型近接センサ5は、透明電極6及
び検出回路部9から構成され、像面4に表示されるキー
毎または所定の検出領域毎に少なくとも1個以上設け
る。像面4及びその上下の空間に侵入してくる指の検出
を確実に行うためには、一つの検出領域(またはキー)
に対して複数個の静電容量型近接センサを設けた方が有
利であるが、少なくとも一つの検出領域(またはキー)
毎に1個の静電容量型近接センサ5があれば、指の検出
を行うことが原理的には可能である。以下の実施例の説
明は、一つのキー毎に1個の静電容量型近接センサを設
けた例で行うこととする。 【0020】像面4に指(図示せず)が侵入してくる
と、静電容量型近接センサ5の透明電極6と検出対象物
である指との間の静電容量が変化し、発振回路7の発振
周波数が変化する。開閉回路8は、該発振周波数の変化
を内蔵するスイッチング素子のON、OFFとして検出
する。 【0021】なお、図1及び図2において、検出回路部
9には、発振回路7及び開閉回路8を設けたことを示し
ているが、検出回路部9及びその構成要素である発振回
路7と開閉回路8の具体的構成は、当業者の設計上の選
択事項であり、静電容量型近接センサに関する周知の技
術で充分に間に合わせることができる。 【0022】静電容量型近接センサ5の対象物を検出す
るための電極には、透明な材料を使用する。この透明電
極6を設ける位置は、像面4と屈折率分布型レンズ素子
3の間であれば、どこでも良い。図1のように像面4と
屈折率分布型レンズ素子3の中間の位置に設けても良い
し、図2のように屈折率分布型レンズ素子3に近接させ
て設置しても良い。 【0023】いずれにしても、本発明に係わるタッチレ
スパネルにおける物体検出手段は、透明電極6を保持す
るための枠等の部材を像面4の周囲には、設ける必要が
ないことは明かである。 【0024】このように、本発明においては、センサ取
り付け枠及びセンサ取り付け枠を支持する部材等が、像
面4の周囲には存在せず、透明電極6は、像面4の下方
において支持固定すれば良いので、像面4を指で選択す
る際、それらの部材が邪魔になることはない。 【0025】 【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。静
電容量型近接センサ5の透明電極6を像面4と屈折率分
布型レンズ素子3との間に設置して、像面4を含む所定
の空間へ侵入してくる対象物の検出を静電容量型近接セ
ンサ5で行うので、像面4の周囲にセンサ取り付け枠等
の部材を設ける必要がない、タッチレスパネルにおける
物体検出手段を提供することが可能である。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an object detecting means in a touchless panel switch, and more particularly to a touchless panel switch using a capacitance type proximity sensor (switch). The present invention relates to a finger detection device. 2. Description of the Related Art One of the inventors of the present invention has previously invented and proposed a device which is a touchless panel switch (hereinafter referred to as a touchless panel) (Japanese Patent Application No. Hei. −
333727). FIG. 3 is a schematic perspective view of a touchless panel and a conventional object detecting means. This is an input / output terminal device comprising a display 1, a gradient index lens element 3, and an object detecting means 13. A display screen 2 (object surface) is brought into the air by the gradient index lens element 3. The switch input operation is performed by transmitting and selecting the image plane 4 displayed in the air with a finger, that is, detecting that the finger has entered a predetermined area near the image plane 4 displayed in the air. . The object detecting means 13 which is a component of the touchless panel is a member for detecting whether or not an object, that is, a finger of an operator of the device has entered a detection range without contact. The configuration is a matter of design choice for a person skilled in the art and is free. Therefore, if the object detection means 13 of the touchless panel is to be realized by the conventional technique, it is necessary to install a sensor for detecting intrusion of a finger around both surfaces transmitted in the air, that is, around the image plane 4 first. Considered as a matter of course. In this case, an optical sensor, for example, a phototransistor as a light receiving element and a light emitting diode as a light emitting (light emitting) element can be used as the sensor. Also,
As a method of arranging the optical sensors, it is conceivable to form a matrix of light scanning lines as is often used in a touch panel. In FIG. 3, a matrix of light scanning lines is formed by a light emitting element array 11a and a light receiving element array (not shown) for scanning in the X-axis direction and a light emitting element array (not shown) for scanning in the Y-axis direction. 3) and an arrangement method of an optical sensor configured by combining the light receiving element rows 12b. When a sensor is provided around the image plane 4, an optical sensor other than the light emitting diode and the phototransistor and a sensor other than the optical sensor such as an ultrasonic sensor may be used as the sensor. In the configuration in which the detecting means (sensor) is installed around the image plane 4 displayed in the air, regardless of which sensor and which detection method is used, the sensor is mounted at a predetermined position around the image plane 4. A member such as a frame was required. In FIG. 3, the sensor mounting frame 10 is the member. If the conventional technique is to constitute a finger detection means for a touchless panel, this sensor mounting frame 1
Since a member equivalent to 0 is required, the size of the entire touchless panel tends to be large.
There is a problem that the sensor mounting frame 10 and a member (not shown) that supports the sensor mounting frame 10 become an obstacle when selecting with a finger. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a touchless panel with an image plane 4. It is an object of the present invention to provide an object detecting means capable of detecting a finger that has entered the vicinity of the image plane 4 without installing a member such as the sensor mounting frame 10 around the camera. The object detecting means in the touchless panel according to the present invention has attained the above-mentioned object and is as follows. At a predetermined position between the gradient index lens element and the image plane, a detection electrode of a capacitance type proximity sensor is provided, and the detection electrode includes
Uses transparent material. How many detection electrodes are provided between the gradient index lens element and the image plane is a matter of design choice by those skilled in the art, and is determined by the number of keys (switches) displayed on the display screen. Just fine. The object detecting means in the touchless panel according to the present invention comprises a detecting electrode made of a transparent material of a capacitance type proximity sensor, that is, a transparent electrode, between the image plane and the gradient index lens element. Although a predetermined number is provided, the operation of each capacitance type proximity sensor is the same, so that the operation will be described using one capacitance type proximity sensor as a representative. When an operator of a device enters a finger into an arbitrary area of the image plane, the finger is moved to a transparent electrode of a capacitance type proximity sensor which is in charge of detecting the finger that has entered the area. You have approached. The capacitance type proximity sensor is a sensor that utilizes the fact that the capacitance between an object and the sensor is inversely proportional to the distance between the two. An oscillation circuit is connected to an electrode for detecting the object,
An object is detected by starting or stopping the oscillation of the oscillation circuit or changing the oscillation frequency. When the distance between the finger and the transparent electrode becomes smaller than a predetermined distance, the capacitance-type proximity sensor changes its state, such as starting or stopping oscillation. Can be detected as having entered a predetermined area. In the present invention, since the detection electrode of the capacitance type proximity sensor is a transparent electrode, the screen of the display is transmitted to the image surface via the transparent electrode by the refractive index distribution type lens element. You. Therefore, even if the transparent electrode is present between the image plane and the distributed refractive lens element, the touchless panel does not hinder transmission of the screen of the display to the image plane. FIG. 1 and FIG. 2 are diagrams schematically showing one embodiment of the present invention. The display 1 and the gradient index lens element 3 are installed such that the display screen 2 is transmitted to the image plane 4 by the gradient index lens element 3. The method of holding the gradient index lens element 3 is a matter of design choice by a person skilled in the art and is free. The number, shape and size of keys (switches) displayed on the image plane 4 in the air are a matter of design choice by those skilled in the art and are free. In FIGS. 1 and 2, two keys are displayed in the left-right direction on the paper. The capacitance type proximity sensor 5 comprises a transparent electrode 6 and a detection circuit section 9 and is provided at least one for each key displayed on the image plane 4 or for each predetermined detection area. In order to reliably detect a finger that has entered the image plane 4 and the space above and below it, one detection area (or key)
It is advantageous to provide a plurality of capacitance type proximity sensors for
If there is one capacitance type proximity sensor 5 for each, it is possible in principle to detect a finger. The following description of the embodiment is based on an example in which one capacitance type proximity sensor is provided for each key. When a finger (not shown) enters the image plane 4, the capacitance between the transparent electrode 6 of the capacitance type proximity sensor 5 and the finger to be detected changes, and oscillation occurs. The oscillation frequency of the circuit 7 changes. The switching circuit 8 detects the change of the oscillation frequency as ON / OFF of the built-in switching element. Although FIGS. 1 and 2 show that the detection circuit section 9 is provided with an oscillation circuit 7 and a switching circuit 8, the detection circuit section 9 and its constituent oscillation circuit 7 The specific configuration of the switching circuit 8 is a matter of design choice by a person skilled in the art, and can be sufficiently made by a known technique relating to a capacitance type proximity sensor. A transparent material is used for an electrode of the capacitance type proximity sensor 5 for detecting an object. The position where the transparent electrode 6 is provided may be anywhere between the image plane 4 and the gradient index lens element 3. It may be provided at an intermediate position between the image plane 4 and the gradient index lens element 3 as shown in FIG. 1, or may be arranged close to the gradient index lens element 3 as shown in FIG. In any case, it is clear that the object detecting means in the touchless panel according to the present invention does not need to provide a member such as a frame for holding the transparent electrode 6 around the image plane 4. is there. As described above, in the present invention, the sensor mounting frame and the members supporting the sensor mounting frame do not exist around the image plane 4, and the transparent electrode 6 is supported and fixed below the image plane 4. When the image plane 4 is selected by a finger, these members do not interfere. Since the present invention is configured as described above, it has the following effects. The transparent electrode 6 of the capacitance type proximity sensor 5 is disposed between the image plane 4 and the gradient index lens element 3 to detect an object entering a predetermined space including the image plane 4. Since the detection is performed by the capacitance type proximity sensor 5, it is not necessary to provide a member such as a sensor mounting frame around the image plane 4, and it is possible to provide an object detection unit in a touchless panel.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の一実施例を示す模式図 【図2】本発明の一実施例を示す模式図 【図3】タッチレスパネル及び従来のその物体検出手段
の略体斜視図 【符号の説明】 1 ディスプレイ 2 ディスプレイの画面 3 屈折率分布型レンズ素子 4 像面 5 静電容量型近接センサ 6 透明電極 7 発振回路 8 開閉回路 9 検出回路部 10 センサ取り付け枠 11a 投光素子列 12b 受光素子列 13 物体検出手段
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram showing one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram showing one embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram showing a touchless panel and a conventional object detecting means thereof. Schematic perspective view [Description of reference numerals] 1 Display 2 Display screen 3 Refractive index distribution type lens element 4 Image surface 5 Capacitive proximity sensor 6 Transparent electrode 7 Oscillation circuit 8 Opening / closing circuit 9 Detection circuit unit 10 Sensor mounting frame 11a Light emitting element array 12b Light receiving element array 13 Object detecting means

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−348404(JP,A) 特開 平6−348817(JP,A) 特開 平6−51906(JP,A) 特開 平7−114866(JP,A) 特開 平3−46724(JP,A) 特開 平2−66825(JP,A) 特開 平5−127828(JP,A) 特開 昭63−45625(JP,A) 特開 昭63−175146(JP,A) 実開 平4−35950(JP,U) 実開 昭61−12138(JP,U) 特公 昭61−45252(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01H 35/00 - 36/00 G06F 3/033 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-6-348404 (JP, A) JP-A-6-348817 (JP, A) JP-A-6-51906 (JP, A) JP-A-7-348 114866 (JP, A) JP-A-3-46724 (JP, A) JP-A-2-66825 (JP, A) JP-A-5-127828 (JP, A) JP-A-63-45625 (JP, A) JP-A-63-175146 (JP, A) JP-A-4-35950 (JP, U) JP-A-61-12138 (JP, U) JP-B-61-45252 (JP, B2) (58) (Int.Cl. 7 , DB name) H01H 35/00-36/00 G06F 3/033

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 ディスプレイの画面を屈折率分布型レン
ズ素子によって空中の像面へと伝送するタッチレスパネ
ルスイッチにおいて、前記屈折率分布型レンズ素子と前
記像面との間の所定の位置に、静電容量型近接センサの
検出電極を設けるとともに、前記検出電極には、透明な
材料を用いたことを特徴とするタッチレスパネルスイッ
チにおける物体検出手段。
(57) A touchless panel switch for transmitting a screen of a display to an image plane in the air by a gradient index lens element, wherein the gradient index lens element and the image plane are transmitted. A detection electrode of the capacitance type proximity sensor is provided at a predetermined position between the two, and a transparent material is used for the detection electrode.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012215768B4 (en) * 2011-09-09 2018-06-07 Andreas Fischer Electronic laboratory and testing device
DE102012025823B3 (en) * 2011-09-09 2019-07-04 Andreas Fischer Electronic laboratory and testing device

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