JP3525367B2 - Touchless switch - Google Patents

Touchless switch

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JP3525367B2
JP3525367B2 JP31344095A JP31344095A JP3525367B2 JP 3525367 B2 JP3525367 B2 JP 3525367B2 JP 31344095 A JP31344095 A JP 31344095A JP 31344095 A JP31344095 A JP 31344095A JP 3525367 B2 JP3525367 B2 JP 3525367B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、非接触で物体の検出を
行うスイッチに関し、詳しくは、キーの選択を指で行う
とともに非接触でキーの選択を行う住宅設備機器の操作
スイッチとして好適なタッチレススイッチに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a switch for detecting an object in a non-contact manner. Touchless switch.

【000Z】[000Z]

【従来の技術】住宅設備機器の操作スイッチは、濡れた
手で操作することがあるため、また、衛生面から言って
も、非接触式のスイッチが望ましい。特に不特定多数の
人が操作する公衆の設備においてはそうである。従来、
公衆便所等において、非接触で人間または人間の手を検
出するスイッチは、検出素子として、焦電センサ、超音
波センサまたは光電スイッチなどを応用したものが知ら
れている。
2. Description of the Related Art As an operation switch for housing equipment, it may be operated with wet hands, and a non-contact type switch is desirable from the viewpoint of hygiene. This is especially true in public facilities operated by an unspecified number of people. Conventionally,
In a public toilet or the like, a switch for detecting a human or a human hand in a non-contact manner is known to apply a pyroelectric sensor, an ultrasonic sensor, a photoelectric switch, or the like as a detection element.

【0003】これらの従来の非接触スイッチの検出素子
のうちで、焦電センサは、応答時間が長い、熱源により
誤動作するなどの欠点があり、超音波センサは、駆動回
路が複雑になる、消費電力が多いなどの欠点があり、圧
倒的に光電スイッチが公衆便所等における人体検出に多
く使われてきている。
Among these conventional non-contact switch detection elements, the pyroelectric sensor has drawbacks such as a long response time and malfunction due to a heat source, and the ultrasonic sensor has a complicated driving circuit and consumes a large amount of electricity. Due to its drawbacks such as high power consumption, photoelectric switches are predominantly used for human body detection in public toilets and the like.

【0004】光電スイッチには、反射式と透過式とがあ
るが、公衆便所等で人間または人間の手を検出する用途
には、一般に反射式が使われている。反射式の光電スイ
ッチ(以後、反射式の光電スイッチのことを光電スイッ
チという)は、発光素子からの光が物体、今の場合は人
体(衣服等を含む)に反射して、該反射光を受光素子で
受光することにより、物体の有無を検出するスイッチで
ある。
The photoelectric switch is classified into a reflection type and a transmission type, but the reflection type is generally used for the purpose of detecting a human being or a human hand in a public toilet or the like. A reflection type photoelectric switch (hereinafter, a reflection type photoelectric switch is referred to as a photoelectric switch) is a device in which light from a light emitting element is reflected on an object, in this case, a human body (including clothes), and the reflected light is reflected. It is a switch that detects the presence or absence of an object by receiving light with a light receiving element.

【0005】光電スイッチの光軸方向の検出範囲は、感
度を調整して予め所定の範囲に設定される訳であるが、
物体の反射率などに左右されるため、該物体が検出範囲
外にあっても誤検出をしてしまうことがあった。例え
ば、鏡のような反射率の高い物体であれば、光電スイッ
チの検出範囲外に鏡があっても、物体が検出範囲内に存
在すると判断されてしまうことがあった。
The detection range of the photoelectric switch in the optical axis direction is set in advance by adjusting the sensitivity.
Since it depends on the reflectance of the object, etc., the object may be erroneously detected even if it is outside the detection range. For example, in the case of an object with a high reflectance such as a mirror, it may be determined that the object exists within the detection range even if the mirror is outside the detection range of the photoelectric switch.

【0006】また、光電スイッチは、複数の光電スイッ
チを隣接させて使用するような場合、例えば、洗面化粧
台またはシャワートイレの操作スイッチを非接触で実現
しようとした場合、隣接する光電スイッチ間の相互干渉
の問題があり、このような用途には適していなかった。
In the case of using a plurality of photoelectric switches adjacent to each other, for example, when an operation switch of a vanity or a shower toilet is to be realized in a non-contact manner, the photoelectric switches are adjacent to each other. There was a problem of mutual interference and it was not suitable for such applications.

【0007】また光電スイッチは、キーに触れずにスイ
ッチ入力をおこなうため、操作しようとしているスイッ
チの機能を直感的に理解することができないという問題
点もあった。
Further, since the photoelectric switch inputs the switch without touching the key, there is a problem that the function of the switch to be operated cannot be intuitively understood.

【0008】この光電スイッチ以外の非接触のスイッチ
としては、タッチレスパネルスイッチ(以後、タッチレ
スパネルと言う)なるものが有る。タッチレスパネル
は、本発明の発明者らの一人が先に提案した非接触の入
出力ユニットであり、ディスプレイの画面を屈折率分布
型レンズ素子で空中へ像面として表示させ、物体検出手
段により、該像面へ侵入してくる物体(指など)を検出
するものである(特願平6−333727号参照)。
As a non-contact switch other than the photoelectric switch, there is a touchless panel switch (hereinafter referred to as a touchless panel). The touchless panel is a non-contact input / output unit previously proposed by one of the inventors of the present invention, and displays a screen of a display as an image plane in the air with a gradient index lens element, and uses an object detecting means. An object (such as a finger) entering the image plane is detected (see Japanese Patent Application No. 6-333727).

【0009】タッチレスパネルは、スイッチの絵(キ
ー)を空中に浮かせて表示し、それらのキーを指で直接
選択できるので、上記した光電スイッチの問題点のう
ち、スイッチの機能を直感的に理解することができない
という欠点は解消することができる。
The touchless panel displays switch pictures (keys) floating in the air and allows those keys to be selected directly with a finger. Therefore, among the problems of the photoelectric switch described above, the function of the switch can be intuitively understood. The drawback of not being able to understand can be eliminated.

【0010】しかし、タッチレスパネルは、空中に表示
されたある一つのキーを選択したとき、該キーの周囲の
キーを選択したと判断されることがあった。つまりキー
間の相互干渉が生じる恐れがあった。このキー間の相互
干渉の問題は、例えば物体検出手段を構成する検出素子
を時分割で走査して駆動することにより解決できるが、
コスト高になるという問題点があった。また、タッチレ
スパネルは、空中に表示された像面に対して垂直方向に
物体検出範囲を特定の範囲内で限定させることは、工夫
が必要であり、例えば物体検出手段を構成する検出素子
(センサ)の数を多くする必要があるなど、コスト面で
問題があった。
However, when the touchless panel selects a certain key displayed in the air, it may be determined that a key around the key has been selected. In other words, there is a risk of mutual interference between keys. The problem of mutual interference between the keys can be solved by, for example, driving the detection elements constituting the object detection means by time division scanning.
There was a problem that the cost would be high. Further, in the touchless panel, it is necessary to devise to limit the object detection range within a specific range in the direction perpendicular to the image plane displayed in the air. For example, a detection element (object detection unit) may be used. There was a problem in terms of cost, such as the need to increase the number of sensors.

【0011】さらに、タッチレスパネルを光電スイッチ
の欠点を解消する手段として考えた場合、コスト高の原
因となる問題点が上記した二つの要因の他に、タッチレ
スパネルを構成するには、ディスプレイが必須であると
いう問題もあって、よりいっそう価格が高くなるという
欠点があった。
Further, when the touchless panel is considered as a means for solving the drawbacks of the photoelectric switch, in addition to the above-mentioned two factors that cause the cost increase, the touchless panel is constituted by a display. There was also the problem that the price was even higher because there was a problem that was essential.

【0012】[0012]

【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、スイッチの機能を直観的
に理解でき、物体の検出範囲を所定範囲に限定すること
ができ、スイッチ間の相互干渉を起こさない非接触でキ
ーを選択でき、かつ、キーを指で選択できるスイッチを
提供しようとするものである。また、従来のタッチレス
パネルよりも簡易で低コストのタッチレススイッチを提
供することを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and its purpose is to intuitively understand the function of a switch and to It is an object of the present invention to provide a switch in which the detection range can be limited to a predetermined range, a key can be selected without contact between the switches without causing mutual interference, and the key can be selected with a finger. Another object of the present invention is to provide a touchless switch that is simpler and less expensive than a conventional touchless panel.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明に係わるタッチレ
ススイッチは、上記した目的を達成したもので、次のよ
うなものである。文字や絵を描いたプレート、該プレー
トを照明するための少なくとも一つ以上の発光手段及び
物体面を像面へと写像する屈折率分布型レンズ素子を備
えたタッチレススイッチにおいて、前記屈折率分布型レ
ンズ素子は、該プレートの文字や絵が物体面に位置し、
該プレートの文字や絵が空中の像面へと伝送される所定
の位置に、該プレートに平行に設けている。
The touchless switch according to the present invention achieves the above-mentioned object and is as follows. A touchless switch comprising a plate on which characters or pictures are drawn, at least one or more light emitting means for illuminating the plate, and a gradient index lens element for mapping an object plane onto an image plane, wherein the refractive index distribution is Type lens element, the letters and pictures of the plate are located in the object plane,
It is provided parallel to the plate at a predetermined position where characters and pictures on the plate are transmitted to the image plane in the air.

【0014】また、少なくとも一つ以上の発光素子を前
記空中の像面の所定領域を照射することができる位置に
設けるとともに、該像面の所定領域へ物体が侵入し、前
記発光素子からの光が該物体で反射したとき、該屈折率
分布型レンズ素子が該反射光を像として伝送し得る範囲
に、少なくとも一つ以上の受光素子を設けている。
At least one light-emitting element is provided at a position where a predetermined area of the image surface in the air can be irradiated, and an object enters the predetermined area of the image surface, and light from the light-emitting element is emitted. At least one light-receiving element is provided in a range in which the gradient index lens element can transmit the reflected light as an image when reflected by the object.

【0015】請求項2の発明は、請求項1のタッチレス
スイッチにおいて、前記発光素子及び前記受光素子は、
どちらか一方もしくは両方とも光ファイバ式の発光素子
または光ファイバ式の受光素子であることを特徴として
いる。つまり、請求項2の構成は、請求項1において、
発光素子及び受光素子とも光ファイバ式とする、発光素
子のみ光ファイバ式とする、または受光素子のみ光ファ
イバ式とするものである。
According to a second aspect of the present invention, in the touchless switch according to the first aspect, the light emitting element and the light receiving element are
One or both of them are characterized by being an optical fiber type light emitting element or an optical fiber type light receiving element. That is, the structure of claim 2 is the same as that of claim 1.
Both the light emitting element and the light receiving element are of an optical fiber type, only the light emitting element is of an optical fiber type, or only the light receiving element is of an optical fiber type.

【0016】請求項3の発明は、請求項1または請求項
2のタッチレススイッチにおいて、前記発光素子は、前
記屈折率分布型レンズ素子の周囲に設置することを特徴
としている。
According to a third aspect of the present invention, in the touchless switch according to the first or second aspect, the light emitting element is installed around the gradient index lens element.

【0017】請求項4の発明は、請求項1または請求項
2のタッチレススイッチにおいて、前記発光素子は、前
記受光素子に隣接して設置することを特徴としている。
従って、請求項4においては、発光素子及び受光素子
は、前記プレート内または該プレートの垂直方向の所定
範囲内に設置されることになる。
According to a fourth aspect of the invention, in the touchless switch according to the first or second aspect, the light emitting element is installed adjacent to the light receiving element.
Therefore, in claim 4, the light emitting element and the light receiving element are installed in the plate or in a predetermined range in the vertical direction of the plate.

【0018】請求項5の発明は、請求項1、請求項2、
請求項3または請求項4のタッチレススイッチにおい
て、前記プレートと前記屈折率分布型レンズ素子との間
の所定の位置にハーフミラーを設けたことを特徴として
いる。
According to the invention of claim 5, claim 1, claim 2,
The touchless switch according to claim 3 or 4, wherein a half mirror is provided at a predetermined position between the plate and the gradient index lens element.

【0019】[0019]

【作用】プレートを照明するために設けられている発光
手段が点灯すると、プレートが照明される。つまり、プ
レートから光が発しているとみなすことができる。屈折
率分布型レンズ素子は、グレーデッドインデクス型の光
ファイバの素線(ロッドレンズ)をその両端面がそれぞ
れ同一平面を為すように多数敷き詰めたプレート状の光
学素子である。この屈折率分布型レンズ素子は、所定の
位置にある物体を所定の位置へ正立等倍の実像として伝
送する作用を有する。
When the light emitting means provided to illuminate the plate is turned on, the plate is illuminated. In other words, it can be considered that light is emitted from the plate. The gradient index lens element is a plate-like optical element in which a large number of graded index type optical fiber strands (rod lenses) are spread so that both end surfaces thereof are in the same plane. This gradient index lens element has a function of transmitting an object at a predetermined position to a predetermined position as an erecting equal-magnification real image.

【0020】逆に言えば、屈折率分布型レンズ素子は、
所定の範囲にある物体しか像として所定範囲へ伝送しな
い。本発明の発明者らは、屈折率分布型レンズ素子のこ
の作用を発光素子と受光素子を使用して実験的に確認し
たのもので、本発明は、物体検出にこの屈折率分布型レ
ンズ素子の特性を利用したものである。
Conversely speaking, the gradient index lens element is
Only an object within a predetermined range is transmitted as an image to the predetermined range. The inventors of the present invention have experimentally confirmed this effect of the gradient index lens element by using a light emitting element and a light receiving element. It utilizes the characteristics of.

【0021】屈折率分布型レンズ素子をプレートから所
定間隔離れた位置、すなわち、プレートを物体面とした
とき、該物体面を像として伝送し得る位置に、該プレー
トに平行に設置すると、発光手段に照明されたプレート
が物体面になり、物体面から発した光は、屈折率分布型
レンズ素子のプレートに面した方の端面から入射し、も
う一方の端面から出射して所定位置に結像する。すなわ
ち、プレートに描かれた文字や絵が空中の像面に実像と
して浮かんで見える(写像される)。
When the gradient index lens element is placed in parallel with the plate at a position separated from the plate by a predetermined distance, that is, when the plate is the object plane, the object plane can transmit the image as an image. The plate illuminated on the object surface becomes the object surface, and the light emitted from the object surface enters from the end surface facing the plate of the gradient index lens element, exits from the other end surface, and forms an image at a predetermined position. To do. That is, the letters and pictures drawn on the plate appear as a real image (mapped) on the image surface in the air.

【0022】発光素子は、空中の像面の所定領域を照射
することができる位置、例えば屈折率分布型レンズ素子
周囲に設置してあり、該発光素子が点灯すると、その
光(赤外線等の可視光線以外の光も含む)は、該発光素
子の指向性に従い、前記像面へ向かって照射される。本
発明においては、空中に写像されたプレートの文字や絵
(像面)の所定の領域が該発光素子によって照射される
ように、該発光素子を設置している。
The light emitting element is installed at a position capable of irradiating a predetermined area of the image plane in the air, for example, around the gradient index lens element, and when the light emitting element is turned on, the light (infrared rays or the like) is emitted. Light other than visible light is also emitted toward the image plane according to the directivity of the light emitting element. In the present invention, the light emitting element is installed so that a predetermined area of a character or a picture (image surface) of the plate imaged in the air is illuminated by the light emitting element.

【0023】請求項4に記載したように、該発光素子
は、受光素子とともに同じ部位に設けてもよい。この場
合は、該発光素子は、プレート内かまたは該プレート付
近に設置することになる。この場合でも、該発光素子か
らの光は、屈折率分布型レンズ素子を介して前記空中に
写像されたプレートの文字や絵(像面)の所定の領域を
照射することができる。
As described in claim 4, the light emitting element may be provided at the same portion as the light receiving element. In this case, the light emitting device is installed in or near the plate. Even in this case, the light from the light emitting element can illuminate a predetermined area of a character or a picture (image surface) of the plate imaged in the air through the gradient index lens element.

【0024】なお、該発光素子によって、空中に伝送さ
れたプレートの像面のどの領域を照射するか、または該
プレートの像面の全域を照射するか、は当業者の設計上
の選択事項である。
It is a matter of design choice by those skilled in the art which region of the image plane of the plate transmitted in the air is illuminated by the light emitting element, or which region of the image plane of the plate is illuminated. is there.

【0025】スイッチの操作者の指が空中に浮かんでい
る文字や絵(像面)にある程度接近すると、該発光素子
から発せられた光が該指に当たって反射する。しかし、
像面の前後の所定範囲に指が侵入しないうちは、該反射
光は屈折率分布型レンズ素子により所定位置へ像として
伝送されないので、受光素子は、該反射光を検出しな
い。
When the finger of the switch operator approaches a character or a picture (image surface) floating in the air to some extent, the light emitted from the light emitting element hits the finger and is reflected. But,
Since the reflected light is not transmitted as an image to the predetermined position by the gradient index lens element unless the finger enters the predetermined area before and after the image plane, the light receiving element does not detect the reflected light.

【0026】図4〜図6は、屈折率分布型レンズ素子の
作用を説明する側面図である。図4において、屈折率分
布型レンズ素子5は、所定位置にある物体面1を、物体
面1から屈折率分布型レンス素子5の端面までの距離
(La)と等しい距離(Lb)だけ屈折率分布型レンズ
素子5のもう一方の端面から離れた位置へ伝送する。
4 to 6 are side views for explaining the operation of the gradient index lens element. In FIG. 4, the gradient index lens element 5 has a refractive index of the object plane 1 at a predetermined position by a distance (Lb) equal to the distance (La) from the object plane 1 to the end surface of the gradient index lens element 5. The light is transmitted to a position away from the other end surface of the distributed lens element 5.

【0027】また、屈折率分布型レンズ素子5は、物体
面1の垂直方向の所定範囲内に存在する物体を像面10
の垂直方向の所定範囲内へ伝送することができる。図4
〜図6では、物体を像として伝送しうる範囲と伝送され
てきた光線が像として結像しうる範囲とを波線で示して
いる。
Further, the gradient index lens element 5 detects an object existing within a predetermined range in the vertical direction of the object plane 1 from the image plane 10.
Can be transmitted within a predetermined range in the vertical direction. Figure 4
In FIG. 6, a range in which the object can be transmitted as an image and a range in which the transmitted light beam can be formed as an image are shown by a broken line.

【0028】例えば、図4において、イ点にある物体
は、ロ点に写像される。ハ点にある物体は、ニ点に写像
され、ホ点にある物体は、ヘ点に写像される。もし、像
面10上のト点に物体があれば、ト点の物体は、物体面
1上のチ点へ像として写像される。このように、対称の
中心線9を対称の中心として、物体と像は、1対1で対
応する。
For example, in FIG. 4, the object at the point a is mapped to the point b. The object at point C is mapped to point D, and the object at point E is mapped to point F. If there is an object at the point G on the image plane 10, the object at the point G is mapped as an image to the point C on the object plane 1. In this way, the object and the image have a one-to-one correspondence with the center of symmetry 9 as the center of symmetry.

【0029】図5において、発光素子6を屈折率分布型
レンズ素子5の周囲に設置し、ト点を含む像面10の所
定領域を照射し、指(図示せず)がト点付近に達する
と、ト点で反射した光は、チ点へ伝送される。ト点で
は、発光素子6からの光は、あちこちの方向へ反射する
が、該あちこちへ反射した光のうち、像として結像する
のは、チ点の位置においてだけである。
In FIG. 5, the light emitting element 6 is installed around the gradient index lens element 5, and a predetermined area of the image plane 10 including the point G is illuminated, and a finger (not shown) reaches near the point G. Then, the light reflected at point G is transmitted to point C. At the point G, the light from the light emitting element 6 is reflected here and there, but of the light reflected here and there, only the position of the point C forms an image as an image.

【0030】図6において、リ点及びヌ点に指があると
きは、発光素子6からの光はリ点及びヌ点で反射する
が、リ点及びヌ点は、屈折率分布型レンズ素子5が物体
を像として伝送し得る範囲をはずれているので、リ点及
びヌ点での反射光は、チ点へは達しないことを示してい
る。
In FIG. 6, when there is a finger at the L and N points, the light from the light emitting element 6 is reflected at the L and N points, but the L and N points are the refractive index distribution type lens element 5. Indicates that the object is out of the range in which the object can be transmitted as an image, so that the reflected light at the points L and N does not reach the point C.

【0031】ル点に指があるときは、ル点は、屈折率分
布型レンズ素子5が物体を像として伝送し得る範囲内で
あるので、発光素子6からの光は、ヲ点へ伝送される。
When there is a finger at the Le point, the Le point is within the range in which the gradient index lens element 5 can transmit an object as an image, so that the light from the light emitting element 6 is transmitted to the point. It

【0032】図4〜図6を参照した以上の説明で明らか
なように、チ点に受光素子(図4〜図6では示していな
い)を設置することにすれば、ト点及びト点の周囲の極
限られた範囲に指が達したときのみ、チ点に設置される
受光素子は、像面10の所定位置へ侵入してきた指を検
出することができる。
As will be apparent from the above description with reference to FIGS. 4 to 6, if a light receiving element (not shown in FIGS. 4 to 6) is installed at the C point, the G point and the G point are separated. Only when the finger reaches a very limited range of the surroundings, the light receiving element installed at the point C can detect the finger that has entered the predetermined position of the image plane 10.

【0033】また、チ点に受光素子に隣接して発光素子
を設けた場合でも、発光素子からの光は、ト点に伝送さ
れ、その光が指に反射してチ点に像として戻ってくるの
で、チ点に設置される受光素子は、像面10の所定位置
へ侵入してきた指を検出することができることは明かで
ある。
Further, even when the light emitting element is provided adjacent to the light receiving element at the C point, the light from the light emitting element is transmitted to the G point, the light is reflected by the finger and returned to the C point as an image. Therefore, it is obvious that the light-receiving element installed at the C point can detect a finger that has entered a predetermined position on the image plane 10.

【0034】[0034]

【実施例】図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図1は、本発明に係わるタッチレススイッチの一実施例
を示す縦断面図である。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a vertical sectional view showing an embodiment of a touchless switch according to the present invention.

【0035】プレート3に近接させて、LED等の発光
手段2を設けている。プレート3は、発光手段2で照明
されることにより物体面1となり得る光を透過する材料
であれば何でもよい。また、発光手段2は、図2に示す
ごとく、プレート3の下側でなく、上側に設けてもよ
い。この場合は、プレート3からの反射光を表示に利用
するので、プレート3は、必ずしも光を透過する材料で
なくてもよい。
A light emitting means 2 such as an LED is provided close to the plate 3. The plate 3 may be made of any material that transmits the light that can become the object plane 1 when illuminated by the light emitting means 2. Further, the light emitting means 2 may be provided not on the lower side of the plate 3 but on the upper side thereof, as shown in FIG. In this case, since the reflected light from the plate 3 is used for display, the plate 3 does not necessarily have to be a material that transmits light.

【0036】発光手段2は、光を発する部材であれば、
該発光手段の光量、輝度、色調、消費電力、発熱量など
を勘案して、当業者の所望により選定する。なお、光フ
ァイバのライトガイドを発光手段2として用いてもよ
い。また、発光手段2としてプレート3自体が発光する
ような材料をプレートに用いてもよい。
If the light emitting means 2 is a member that emits light,
The light amount, the brightness, the color tone, the power consumption, the heat generation amount, etc. of the light emitting means are taken into consideration and selected according to the desire of those skilled in the art. An optical fiber light guide may be used as the light emitting means 2. Further, as the light emitting means 2, a material that allows the plate 3 itself to emit light may be used for the plate.

【0037】プレート3には、当業者の所望する文字や
絵4を描いておく。この文字や絵4は、プレート3の上
面または下面のどちら側に設けてもよい。あるいは、1
枚のプレートに文字や絵を描いておき、もう1枚のプレ
ートを文字や絵を描いたほうのプレート上に載せて、文
字や絵をプレート中に設けるようにしてもよい。
Characters and pictures 4 desired by those skilled in the art are drawn on the plate 3. This character or picture 4 may be provided on either the upper surface or the lower surface of the plate 3. Or 1
Characters or pictures may be drawn on one plate, and another plate may be placed on the plate on which the characters or pictures are drawn to provide the characters or pictures in the plate.

【0038】発光手段2に照らされたプレート3の文字
や絵4は、物体面1となり、屈折率分布型レンズ素子5
は、物体面1(文字や絵4)を空中の像面10へ伝送す
る。空中には、プレート3の文字や絵4が正立等倍の実
像として浮かんで見えるようになる。
The letters and pictures 4 on the plate 3 illuminated by the light emitting means 2 become the object plane 1 and the gradient index lens element 5 is formed.
Transmits the object plane 1 (text or picture 4) to the image plane 10 in the air. In the air, the characters on the plate 3 and the picture 4 can be seen floating as a real image of an upright size.

【0039】屈折率分布型レンズ素子5は、プレート3
に対して所定の位置に、プレート3(物体面1)と平行
に設置する。屈折率分布型レンズ素子5のプレート3に
向き合っているほうの端面から物体面1までの距離(前
述したようにこれを作動距離と言う)は、使用する屈折
率分布型レンズ素子5の光学特性により決定される。つ
まり、物体を像として伝送可能な所定の位置である、物
体から屈折率分布型レンズ素子の端面まで作動距離だけ
離れた位置に屈折率分布型レンズ素子3は、設置され
る。
The gradient index lens element 5 includes the plate 3
Is installed in a predetermined position in parallel with the plate 3 (object plane 1). The distance from the end surface of the gradient index lens element 5 facing the plate 3 to the object plane 1 (this is called the working distance as described above) is the optical characteristic of the gradient index lens element 5 used. Determined by That is, the gradient index lens element 3 is installed at a predetermined position where the object can be transmitted as an image, that is, at a position distant from the object by the working distance from the end surface of the gradient index lens element.

【0040】発光素子6は、当業者が設定する像面10
の所定領域を照射できるように例えば屈折率分布型レン
ズ素子5の周囲に、少なくとも1個以上設ける。発光素
子6の光軸及び指向性は、発光素子6が発する光が像面
10の所定領域を照射できるように調整しておく。この
所定領域と言うのは、指が像面10へ侵入してきたと
き、該指の検出を行う領域のことであり、通常は、表示
するキー(文字や絵)の中央を発光素子6からの光で照
射するようにしておく。
The light emitting element 6 is an image plane 10 set by those skilled in the art.
In order to irradiate a predetermined area of, for example, at least one or more is provided around the gradient index lens element 5. The optical axis and directivity of the light emitting element 6 are adjusted so that the light emitted by the light emitting element 6 can illuminate a predetermined region of the image plane 10. The predetermined area is an area where the finger is detected when the finger enters the image plane 10. Normally, the center of the displayed key (character or picture) is emitted from the light emitting element 6. Be sure to illuminate with light.

【0041】発光素子6からの光が像面10の所定領域
を照射している状態で、指8が該所定領域へ侵入してき
て、像面10もしくは像面10付近に達すると、発光素
子6からの光が指8で反射する。指8で反射した光は、
四方八方へ広がり減衰する。指8で反射した光のうちの
一部の光は、屈折率分布型レンズ素子5を介して所定位
置へ像として伝送される。受光素子7は、像面10もし
くは像面10付近に達した指8で反射した光を物点とし
たとき、該物点が写像される位置に設けてあるので、指
8の検出を行うことができる。
When the finger 8 penetrates into the predetermined area of the image plane 10 while the light from the light emitting element 6 is illuminating the predetermined area, and reaches the image plane 10 or the vicinity of the image plane 10, the light emitting element 6 The light from is reflected by the finger 8. The light reflected by the finger 8
It spreads in all directions and decays. Part of the light reflected by the finger 8 is transmitted as an image to a predetermined position via the gradient index lens element 5. When the light reflected by the finger 8 reaching the image plane 10 or the vicinity of the image plane 10 is an object point, the light receiving element 7 is provided at a position where the object point is imaged. You can

【0042】図2は、本発明に係わるタッチレススイッ
チの一実施例を示す斜視図である。プレート3には、当
業者が所望する文字や絵4を描くわけであるが、図2に
おいては照明という文字が描いてある。発光手段2が点
灯すると、屈折率分布型レンズ素子5は、物体である照
明という文字を空中の所定の位置の像面10へ正立等倍
の像として伝送する。
FIG. 2 is a perspective view showing an embodiment of the touchless switch according to the present invention. Characters and pictures 4 desired by those skilled in the art are drawn on the plate 3, but in FIG. 2, characters called illumination are drawn. When the light emitting means 2 is turned on, the gradient index lens element 5 transmits the character "illumination" as an object to the image plane 10 at a predetermined position in the air as an erecting equal-magnification image.

【0043】従って、本発明に係わるタッチレススイッ
チを操作しようとする者は、空中に浮かんだ照明という
文字を視て、該文字が描かれたキーに触れることで、ス
イッチの開閉を行うことができる。
Therefore, a person who wants to operate the touchless switch according to the present invention can open and close the switch by looking at the letters "lighting" floating in the air and touching the key on which the letters are drawn. it can.

【0044】なお、発光素子6及び受光素子7には、光
ファイバ式の発光素子及び光ファイバ式の受光素子を用
いてもよい。図2においては、発光素6子及び受光素子
7の両方とも、光ファイバ式の発光素子6及び光ファイ
バ式の受光素子7を用いたことを図示しているが、発光
素子6または受光素子7のどちらかを光ファイバ式の素
子にしてもよいことはもちろんである。
As the light emitting element 6 and the light receiving element 7, an optical fiber type light emitting element and an optical fiber type light receiving element may be used. Although FIG. 2 illustrates that the light emitting element 6 and the light receiving element 7 both use the optical fiber type light emitting element 6 and the optical fiber type light receiving element 7, the light emitting element 6 or the light receiving element 7 is used. Of course, either one of them may be an optical fiber type element.

【0045】また、本発明に係わるタッチレススイッチ
は 発光素子6を受光素子7に接するかもしくは近接さ
せて設置しても実施できる。図3は、本発明に係わるタ
ッチレススイッチの一実施例を示す縦断面図であり、発
光素子6を受光素子7と対にして、発光素子6から発せ
られる光が屈折率分布型レンズ素子5を介して、像面1
0で指8に当たって反射し、該反射光が像として伝送さ
れる位置付近に、設けたことを示したものである。
The touchless switch according to the present invention can also be implemented by placing the light emitting element 6 in contact with or in the vicinity of the light receiving element 7. FIG. 3 is a vertical cross-sectional view showing an embodiment of the touchless switch according to the present invention, in which the light emitting element 6 is paired with the light receiving element 7, and the light emitted from the light emitting element 6 is a gradient index lens element 5. Through the image plane 1
The figure shows that it is provided near the position where it is reflected by hitting the finger 8 at 0 and the reflected light is transmitted as an image.

【0046】請求項5に記載したように、プレート3と
屈折率分布型レンズ素子5との間にハーフミラー11を
設けても、本発明は、実施できる。図7及び図8は、ハ
ーフミラーを設けた場合の本発明に係わるタッチレスス
イッチの一実施例を示す縦断面図である。
The present invention can be implemented even if the half mirror 11 is provided between the plate 3 and the gradient index lens element 5 as described in claim 5. 7 and 8 are vertical sectional views showing an embodiment of the touchless switch according to the present invention when a half mirror is provided.

【0047】図7においては、発光素子6を屈折率分布
型レンズ素子5の周囲に設け、受光素子7を、発光素子
からの光の指8における反射光が屈折率分布型レンズ素
子5を介して、ハーフミラー11で反射し、像として決
像する位置付近に受光素子7を設けている。
In FIG. 7, the light emitting element 6 is provided around the gradient index lens element 5, and the light receiving element 7 reflects light from the light emitting element at the finger 8 through the gradient index lens element 5. The light receiving element 7 is provided in the vicinity of the position where the light is reflected by the half mirror 11 to form an image.

【0048】図8においては、発光素子6と受光素子7
を隣接させて設けている。発光素子6からの光がハーフ
ミラー11で反射し、屈折率分布型レンズ素子5を介し
て、指8で反射し、再び屈折率分布型レンズ素子5を介
してハーフミラー11で反射して、発光素子6へ戻って
くる。受光素子7は、発光素子6に隣接して設けてある
ので、受光素子7は、指8の検出を行うことができる。
図8では、発光素子6及び受光素子7は、それぞれ光フ
ァイバ式のものを用いていることを示しているが、光フ
ァイバ式のものでなくてもよいことはもちろんである。
In FIG. 8, the light emitting element 6 and the light receiving element 7 are provided.
Are provided adjacent to each other. The light from the light emitting element 6 is reflected by the half mirror 11, is reflected by the finger 8 through the gradient index lens element 5, and is reflected by the half mirror 11 again through the gradient index lens element 5, It returns to the light emitting element 6. Since the light receiving element 7 is provided adjacent to the light emitting element 6, the light receiving element 7 can detect the finger 8.
Although FIG. 8 shows that the light emitting element 6 and the light receiving element 7 are of the optical fiber type, they need not be of the optical fiber type.

【0049】[0049]

【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。ス
イッチのキー(文字や絵4)を空中に浮かせて表示する
ので、スイッチの機能を直観的に理解できる。屈折率分
布型レンズ素子5は、作動距離の位置の平面の前後の範
囲にある物体しか像として伝送しないので、物体の検出
範囲を作動距位置の平面の前後の所定範囲に限定するこ
とができる。
Since the present invention is constructed as described above, it has the following effects. Since the switch keys (characters and pictures 4) are displayed floating in the air, the function of the switch can be intuitively understood. Since the gradient index lens element 5 transmits only an object in the range in front of and behind the plane of the working distance position as an image, the detection range of the object can be limited to a predetermined range in front of and behind the plane of the working distance position. .

【0050】また、キーを選択する指に発光素子6から
の光が反射したとしても、屈折率分布型レンズ素子5
は、所定位置及びその周囲の限られた範囲の物点しか像
点へと伝送しない。そして、その像点または該像点付近
に受光素子7が設けられているので、スイッチ間の相互
干渉を起こさない非接触でキーを選択でき、かつ、キー
を指で選択できるスイッチを提供することができる。
Further, even if the light from the light emitting element 6 is reflected by the finger selecting the key, the gradient index lens element 5 is used.
Transmits only object points within a predetermined position and a limited range around it to the image point. Further, since the light receiving element 7 is provided at or near the image point, it is possible to provide a switch in which a key can be selected in a non-contact manner without causing mutual interference between switches and a key can be selected with a finger. You can

【0051】また、ディスプレイが必要なく、物体検出
手段も一つのキーに対して、少なくとも一つの発光素子
6及び一つの受光素子7で済むので、従来のタッチレス
パネルよりも簡易で低コストのタッチレススイッチを提
供することが可能である。
Further, since a display is not required and at least one light emitting element 6 and one light receiving element 7 are sufficient for the object detecting means for one key, the touch is simpler and less expensive than the conventional touchless panel. It is possible to provide a wireless switch.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係わるタッチレススイッチの一実施例
を示す縦断面図
FIG. 1 is a vertical sectional view showing an embodiment of a touchless switch according to the present invention.

【図2】本発明に係わるタッチレススイッチの一実施例
を示す斜視図
FIG. 2 is a perspective view showing an embodiment of a touchless switch according to the present invention.

【図3】本発明に係わるタッチレススイッチの一実施例
を示す縦断面図
FIG. 3 is a vertical sectional view showing an embodiment of a touchless switch according to the present invention.

【図4】屈折率分布型レンズ素子の作用を説明する側面
FIG. 4 is a side view illustrating the operation of the gradient index lens element.

【図5】屈折率分布型レンズ素子の作用を説明する側面
FIG. 5 is a side view illustrating the operation of the gradient index lens element.

【図6】屈折率分布型レンズ素子の作用を説明する側面
FIG. 6 is a side view for explaining the operation of the gradient index lens element.

【図7】ハーフミラーを設けた場合の本発明に係わるタ
ッチレススイッチの一実施例を示す縦断面図
FIG. 7 is a vertical cross-sectional view showing an embodiment of a touchless switch according to the present invention when a half mirror is provided.

【図8】ハーフミラーを設けた場合の本発明に係わるタ
ッチレススイッチの一実施例を示す縦断面図
FIG. 8 is a vertical cross-sectional view showing an embodiment of a touchless switch according to the present invention when a half mirror is provided.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 物体面 2 発光手段 3 プレート 4 文字や絵 5 屈折率分布型レンズ素子 6 発光素子 7 受光素子 8 指 9 対称の中心線 10 像面 11 ハーフミラー イ、ハ、ホ 物点 ロ、ニ、ヘ 像点 ト 物点 チ ト点に対する像点 リ、ヌ、ル 物点 ヲ ル点に対する像点 La 物体側作動距離 Lb 像側作動距離 1 Object plane 2 light emitting means 3 plates 4 letters and pictures 5 Gradient index type lens element 6 light emitting element 7 Light receiving element 8 fingers 9 symmetric centerline 10 image plane 11 half mirror I, ha, ho B, D, F Point Image point for the chito point Li, Nu, Le Image point with respect to wall point La Object side working distance Lb Image side working distance

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−175146(JP,A) 特開 昭63−45625(JP,A) 特開 平6−89125(JP,A) 特開 平2−66825(JP,A) 特開 平6−348404(JP,A) 特開 平6−348817(JP,A) 特開 平3−46724(JP,A) 実開 平4−35950(JP,U) 特公 平4−15884(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01H 35/00 G06F 3/033 Continuation of the front page (56) Reference JP-A-63-175146 (JP, A) JP-A-63-45625 (JP, A) JP-A-6-89125 (JP, A) JP-A-2-66825 (JP , A) JP-A-6-348404 (JP, A) JP-A-6-348817 (JP, A) JP-A-3-46724 (JP, A) Actual Kaihei 4-35950 (JP, U) JP-B 4-15884 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01H 35/00 G06F 3/033

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 文字や絵を描いたプレート、該プレー
トを照明するための少なくとも一つ以上の発光手段及び
物体面を像面へと写像する屈折率分布型レンズ素子を備
え、 前記屈折率分布型レンズ素子は、該プレートの文字や絵
が物体面に位置し、該プレートの文字や絵が空中の像面
へと伝送される所定の位置に、該プレートに平行に設
け、 少なくとも一つ以上の発光素子を前記空中の像面の所定
領域を照射することができる位置に設けるとともに、 該像面の所定領域へ物体が侵入し、前記発光素子からの
光が該物体で反射したとき、該屈折率分布型レンズ素子
が該反射光を像として伝送し得る範囲に、少なくとも一
つ以上の受光素子を設けたタッチレススイッチ。
1. A plate on which letters or pictures are drawn, at least one or more light emitting means for illuminating the plate, and a gradient index lens element for mapping an object plane onto an image plane, the refractive index distribution The mold lens element is provided in parallel with the plate at a predetermined position where the letters and pictures of the plate are located in the object plane and the letters and pictures of the plate are transmitted to the image plane in the air. The light-emitting element is provided at a position capable of irradiating a predetermined area of the image surface in the air, and when an object enters the predetermined area of the image surface and the light from the light-emitting element is reflected by the object, A touchless switch in which at least one light receiving element is provided in a range in which the gradient index lens element can transmit the reflected light as an image.
【請求項2】前記発光素子及び前記受光素子は、どちら
か一方もしくは両方とも光ファイバ式の発光素子または
光ファイバ式の受光素子であることを特徴とする請求項
1のタッチレススイッチ。
2. The touchless switch according to claim 1, wherein one or both of the light emitting element and the light receiving element are an optical fiber type light emitting element or an optical fiber type light receiving element.
【請求項3】 前記発光素子は、前記屈折率分布型レン
ズ素子の周囲に設置することを特徴とする請求項1また
は請求項2のタッチレススイッチ。
3. The touchless switch according to claim 1, wherein the light emitting element is installed around the gradient index lens element.
【請求項4】 前記発光素子は、前記受光素子に隣接し
設置することを特徴とする請求項1または請求項2の
タッチレススイッチ。
4. The light emitting element is adjacent to the light receiving element.
The touchless switch according to claim 1 or 2, wherein the touchless switch is installed as a switch.
【請求項5】前記プレートと前記屈折率分布型レンズ素
子との間の所定の位置にハーフミラーを設けたことを特
徴とする請求項1、請求項2、請求項3または請求項4
のタッチレススイッチ。
5. A half mirror is provided at a predetermined position between the plate and the gradient index lens element, wherein the half mirror is provided.
Touchless switch.
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