JP3557489B2 - タッチレスパネルスイッチにおける物体検出方法 - Google Patents

Description

【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方法に関する。
【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なる発明を提案している（特願平６−３３３７２７号参照）。
このタッチレスパネルスイッチは、屈折率分布型レンズ素子によりディスプレイの画面を空間に結像させ、該像を視認し得るようにさせ、物体検出手段により非接触で該像に侵入してくる被検出物（指など）を検出するものである。
【０００３】
なお、本発明の発明者等が平成７年１２月５日に発明の名称、マイクロレンズプレートを用いたタッチレスパネルスイッチにおいて提案したように、タッチレスパネルスイッチにあっては、前記屈折率分布型レンズ素子の替わりに、３枚のマイクロレンズプレートを結像手段として使用しても良い。
【０００４】
これらのタッチレスパネルスイッチにおける物体検出手段の構成は、当業者の設計上の選択事項であり、種々の方式が考えられる。
一つには、空中に伝送された像の周囲にセンサを何らかの枠で保持固定して設置する方式が考えられる。この方式は、センサを簡単に設置できるという利点もあるが、空中の像に指などで触れようとするとき、センサが設置されている該枠が邪魔になるという欠点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ディスプレイ等の表示物を空中へ結像させるタッチレスパネルスイッチにおいて、物体（被検出物）検出手段として、空中において結像した像の周囲に枠等の設置物を設けることなく、該像へ侵入してくる被検出物を非接触で検出することができるタッチレスパネルスイッチにおける物体検出方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ディスプレイ画面を正立等倍の像として伝送する結像手段により、空中へ結像させ、該像へ侵入または近接する被検出物を非接触で検出するタッチレスパネルスイッチの検出方法に係わるものであって、次のような方法である。
【０００７】
ディスプレイ画面を所定の領域に分割し、分割されたディスプレイ画面の各領域を所定の順番で、所定の光を点灯もしくは点滅させ、該所定の光の点灯もしくは点滅によって生じた光線が被検出物に当たり反射し、該反射してきた光線を受光素子で受信することを特徴としている。ここで、ディスプレイ画面を所定の領域に分割するというのは、該ディスプレイ画面にキーに相当する画像を所定数、表示させることである。
【０００８】
【作用】
光ファイバロッドレンズをその両端面を揃えてマトリクス状に配列した屈折率分布型レンズ素子や３枚のマイクロレンズプレートを所定間隔保って互いに平行に設置したレンズ部材等のタッチレスパネルスイッチを構成する結像手段は、所定位置にある物体（ディスプレイ画面）を所定位置へ正立等倍の像（像面とも称することにする）として結像させ得る。
【０００９】
逆に、前記像面または像面付近に物体Ｂが存在していると、これらの結像手段は、その物体Ｂを上述したディスプレイ画面または該デイスプレイ画面に近接する面へ写像する。
つまり、結像手段は、図２に示すように、一方の端面から所定距離Ｌａ離れた物体Ａ（ディスプレイ画面）を、もう一方の端面から所定距離Ｌｂ離れた位置に像Ａ′として伝送するとともに、前記もう一方の端面から所定距離Ｌｂ離れた位置にある物体Ｂを前記一方の端面から所定距離Ｌａ離れた位置へ像Ｂ′として伝送することができる。ここで、Ｌａ＝Ｌｂである。
【００１０】
タッチレスパネルスイッチにおいては、ディスプレイ画面を物体としたとき、結像手段により、該ディスプレイ画面が像面へ伝送されるように、ディスプレイ画面及び結像手段は設置されている。従って、もし、前記像面３に物体Ｂが存在したとすると、該物体Ｂは、該ディスプレイ画面１へ像として伝送される。
【００１１】
ディスプレイ画面１に所定の光を点灯または点滅させることによって光線を像面３へ伝送し、像面３へ侵入した物体において該光線が反射すると、該光線は、ディスプレイ画面１の当該場所及びその周囲の場所に戻る。よって、受光素子を当該場所またはその周囲に設けておけば、像面３へ侵入してくる物体を検出することができる。
つまり、ディスプレイ画面１を発光素子として利用するわけである。
【００１２】
よって、ディスプレイ面面１を所定の領域に分割し、該領域毎にディスプレイ画面１に接するかもしくは近接させて受光素子を設ければ、該領域毎に所定の順番で順次所定の光を出力させることにより、像面３の任意の領域へ侵入してくる物体を検出することができる。
【００１３】
なお、後述するように、本発明に係わるタッチレスパネルスイッチにおける物体検出方法は、受光素子を設ける位置が、被検出物で反射したディスプレイ画面から発した光を受信できる位置で有れば、どこにどれだけの数、設けても適用できる。
【００１４】
なぜなら、ディスプレイ画面１を所定領域に分割し、時分割でディスプレイ画面１の各領域が所定の光を発しているので、受光素子が該光を受信することができる位置に設けてある限り、ディスプレイ画面１のどの領域から発し、対応する像面３の領域へ侵入してきた被検出物で反射した光であるか認識できるからである。
【００１５】
【実施例】
図１は、タッチレスパネルスイッチの構成を示す略体斜視図である。ディスプレイ画面１の上方に結像手段２が設置され、結像手段２の上方に像面（像）３が形成されている。結像手段２の設置・保持方式は、当業者の設計上の選択事項であるが、例えば透明板５の上に載置するようにすればよい。透明板５は、その四隅を支持材６で支えられている。
また、ディスプレイ画面１をどのようなどれだけの領域に分割するかは、当業者の設計上の選択事項である。
【００１６】
図１では、ディスプレイ画面１を四つの領域に分割している。第１の画面１ａには文字ＯＮを、第２の画面１ｂには文字ＩＮを、第３の画面１ｃには文字ＵＰを、第４の画面１ｄには文字ＧＯを表示させていることを示している。
像面３は、第１〜第４の画面（１ａ〜１ｄ）に対応して四つの像面（３ａ〜３ｄ）に分割された状態で空中に表示される。この四つの像面（３ａ〜３ｄ）が被検出物の四つの検出領域となるわけである。
【００１７】
この状態において、ディスプレイ画面１に文字ＯＮ、ＩＮ、ＵＰ及びＧＯは、表示させたまま、ディスプレイ画面１の分割された各画面毎に被検出物検出用の光を出力させる。
【００１８】
例えば、第１の画面１ａ、第２の画面１ｂ、第３の画面１ｃ、第４の画面１ｄの順に所定ドッド数の画素を点灯または点滅させるなどする。第４の画面１ｄの所定ドット数の画素を点灯または点滅させたら、次は、また、第１の画面１ａの所定ドット数の画素を点灯または点滅させる。このように、時分割で、ディスプレイ画面の各領域の所定ドッド数の画素を点灯または点滅させる。
【００１９】
ディスプレイ画面の文字等の表示光と上記所定ドッド数の画素を点灯させることによる光とを区別することは、例えば、カラーディスプレイの場合は、予め、所定ドット数の画素を点灯させる発光色を決めておき、該発光色は、文字等の表示には使用しないでおく方式も推奨される。
ディスプレイがモノクロの場合（カラーの場合でも応用可）は、前記所定ドット数の画素（以後、所定ドッドと称する）を所定のパルスで点滅させるとか、変調パルスで該所定ドットを点灯させれば、周囲の表示光と物体検出用の発光とを区別することは容易である。
【００２０】
第１〜第４の画面（１ａ〜１ｄ）の各所定ドットを点灯または点滅させることによって発せられる光を受信する受光素子（４ａ〜４ｄ）は、第１〜第４の画面（１ａ〜１ｄ）毎にそれぞれ、設ける。
第１の画面１ａの所定ドット（図示せず）から発した光は、結像手段２の下側端面から入射し、結像手段２の上側端面から出射し、像面３において結像する。第１の画面１ａの所定ドットから発した光が、像面３において、被検出物、例えば、オペレータの指（図示せず）で反射すると、該反射光は、前記第１の画面１ａの所定ドットもしくはその周囲へ戻る。従って、受光素子４ａを第１の画面１ａの所定ドット上もしくはその周囲に設けておけば、像面３の所定領域へ侵入してきた被検出物を検出することができる。
【００２１】
同様の構成と作用により、第２〜第４（１ｂ〜１ｄ）の所定ドットを点灯または点滅させることによって発せられる光も、対応する検出領域（像面３ａ〜３ｄ）へ侵入もしくは近接してくる被検出物を対応する受光素子（４ｂ〜４ｄ）によって検出することができる。
【００２２】
受光素子（４ａ〜４ｄ）には、フォトトランジスタ、フォトダイオードなどを使用することができる。図１では、光ファイバ式の受光素子を用いたところを示している。図１において、受光素子（４ａ〜４ｄ）の配線は省力しているが、受光素子（４ａ〜４ｄ）は、タッチレスパネルスイッチのコントローラもしくは、該コンオローラの入出力インタフェース素子と接続する。
【００２３】
なお、前記所定ドットは、各画面（１ａ〜１ｄ）毎に複数箇所設けてもよい。例えば、分割された各画面の中央及びその四隅などが考えられる。これは、キーの大きさつまり、分割された画面の大きさと、表示する文字や絵のサイズ・形状などを勘案しながら決定するべき問題である。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような方法なので、以下に記載されるような効果を奏する。ディスプレイ画面１を所定領域毎に時分割で所定の光を出力させ、発光素子として機能させ、像面３の下方に設置される受光素子（４ａ〜４ｄ）により、該光が被検出物で反射した光を受信する検出方法なので、像面３の周囲には、構造物を設ける必要が全く無いタッチレスパネルスイッチにおける物体検出方法提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】タッチレスパネルスイッチの構成を示す略体斜視図
【図２】結像手段の作用を説明する模式図
【符号の説明】
１ ディスプレイ画面
１ａ〜１ｄ ディスプレイ画面
２ 結像手段
３ 像面（像）
３ａ〜３ｄ 像面
４ａ〜４ｄ 受光素子
５ 透明板
６ 支持材
Ａ、Ｂ 物体
Ａ′物体Ａの正立等倍像
Ｂ′物体Ｂの正立等倍像
Ｌａ 物体Ａから結像手段の端面までの距離
Ｌｂ 物体Ｂから結像手段の端面までの距離

Claims (1)

1. ディスプレイ画面を正立等倍の像として伝送する結像手段により空中へ結像させ、該像へ侵入または近接する被検出物を非接触で検出するタッチレスパネルスイッチの検出方法であって、ディスプレイ画面を所定の領域に分割し、分割された該ディスプレイ画面の各領域を所定の順番で、所定の光を点灯もしくは点滅させ、該所定の光の点灯もしくは点滅によって生じた光線が被検出物に当たり反射し、ディスプレイ画面へ戻る反射光を受光素子で受信する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方法。

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