JP7296635B2 - 押ボタンスイッチ - Google Patents
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Description
そして、このようなヒューマン・マシンインターフェースは、押ボタンスイッチに表示される画像の明るさが確保されていなければならない。押ボタンスイッチに表示される画像の明るさを確保する手法としては、従来より、押ボタンスイッチの画像表示部と、ディスプレイとの距離を短くする技術が知られている(例えば特許文献1参照)。
しかしながら、押ボタンスイッチの画像表示部と、ディスプレイとの距離を短くすると、これに伴い、押ボタンスイッチに対する押下操作のストロークが短くなってしまう。このため、押ボタンスイッチの押下操作を行う者は、明確な操作感を得ることができないため、スイッチ内部にレンズ又は光学部材を搭載することにより、ディスプレイの画像を押ボタンスイッチに投影する技術もある(例えば特許文献2参照)。
ただし、特許文献1及び2を含め従来の技術では、十分なストロークを確保することは可能ではあるものの、上記のようなレンズの構成では、収差の補正ができず像が歪んでしまい、鮮明かつ正確な表示を行うことが出来ない。それだけではなく、収差補正の限界からレンズ全長が伸びてしまったり、レンズのF値(レンズの焦点距離を有効口径で割った値)が大きくなり、暗くなってしまったりもする。このため、押ボタンスイッチの画像表示部に表示される画像の鮮明さと、正確さと、明るさと、押下操作を行う者が感じる操作感との確保には技術的な課題があった。
これに対して、本出願人は、ディスプレイから出力された画像の鮮明さと、正確さと、明るさとが従来よりも増すように表示することができるとともに、押下操作を行う者に明確な操作感を与えることができる押ボタンスイッチの発明について既に出願している(特許文献3)。
外部ディスプレイの上方に配置され、押下操作を受け付ける透明又は略透明なボタンと、
前記ボタンと前記外部ディスプレイとの間に配置され、前記外部ディスプレイから出力された画像を前記押下操作が行われる前の待機位置にある前記ボタンの天面に焦点を合わせて投影させる複数のレンズと、
前記複数のレンズの夫々の位置及び向きが前記外部ディスプレイに対して固定されるように、前記複数のレンズを保持する保持部材と、
を備え、
前記保持部材は、
前記複数のレンズのうち前記天面側に配置されたレンズの端部近傍に形成された第1凸部又は第1凹部に嵌合する第1嵌合部を有する第1保持部材と、前記複数のレンズのうち前記外部ディスプレイ側に配置されたレンズの端部近傍に形成された第2凸部又は第2凹部に嵌合する第2嵌合部を有する第2保持部材と、前記第1保持部材と前記第2保持部材とに挟持された絞り部材との組合せで構成されている。
また、本明細書における、「上側」、「上面」、「上方向」といったような「上」を示す表現は、押ボタンスイッチ1の天面側(操作者側)の方向を示す表現である。また、「下側」、「下面」、「下方向」といったような「下」を示す表現は、ディスプレイが配置されている方向を示す表現である。
本実施形態に係る押ボタンスイッチ1は、透明又は略透明な取付パネルPを介して、それよりも下方に配置されたディスプレイDから出力された映像を、押下操作が行われる前の待機位置にあるボタン11の天面に表示させることができる押ボタンスイッチである。
なお、ディスプレイDから出力される映像には、静止画像及び動画像が含まれる。押ボタンスイッチ1は、ディスプレイDから出力される静止画像及び動画像いずれについても、押下操作が行われる前の待機位置にあるボタン11の天面に表示させることができる。
具体的には、図5に示すように、ディスプレイに表示された映像の光線群が矢印の方向で入力されて、鏡筒と、鏡筒内に配置された4枚のレンズとからなるレンズユニットを通過することで屈折して集光し、拡散板に焦点を合わせた倒立像となって結像する。その結果、ディスプレイに表示された映像を180°回転させた映像が拡散板に投影される。
しかしながら、鏡筒にレンズを内蔵させる従来の手法の場合、図6の(A)に示すように、明るさを示すレンズ光束径が短くなるため、拡散板に表示される映像が暗くなるという課題があった。また、レンズの全長をさらに短くしながらも映像のピントが合うようにしたいという要望があった。
即ち、本実施形態では、凸面と凹面又は平坦面を有するレンズ15a乃至15dと、これらのレンズを後述するリブとリブ受けによって保持する保持部材14とからなるレンズユニット44が、入力された光線群の集光と拡散とを行う。
これにより、図6の(B)に示すように、明るさをレンズ光束径が長くなるため、拡散板に表示される映像が明るくなる。なお、本実施形態で採用されているレンズ15a乃至15d、及び保持部材14の具体的構成については後述する。
以下、本実施形態に係る押ボタンスイッチ1の各構成要素について詳しく説明する。
ボタン11は、押ボタンスイッチ1に対する押下操作を受け付けるボタンであり、図1乃至図3に示すように、押ボタンスイッチ1の最上部に配置されている。ボタン11に対する押下操作が行われると、ボタン11、拡散板12、及びプランジャ13が、押下操作に連動して、押下操作の方向に移動する。また、これらの移動とともに、コイルバネ17が押下操作の方向に収縮する。すると、接点部18において、遮断状態であった場合には通電状態に切り替わり、通電状態であった場合には遮断状態に切り替わる。
なお、ボタン11の形状は特に限定されないが、本実施形態では、図1乃至図3に示すように、天面に平面部を有し、4隅に丸みを有する略四角柱形状としている。
拡散板12は、映像の光を投影するスクリーンとして機能する透明又は略透明の拡散板であり、具体的には、拡散板12は、入射した映像の光を拡散させて射出する。拡散板12は、ボタン11の天面に配置されている。このため、拡散板12に投影された映像は、押ボタンスイッチ1を押下しようとする者が容易に視認することができる。
なお、拡散板12の形状は特に限定されないが、本実施形態では、例えば図1に示すように、正方形又は略正方形としている。拡散板12の拡散板材料をボタン11のボタン材料とすることにより、拡散板12とボタン11を一体化させてもよい。
プランジャ13は、ボタン11の下部に連結して配置される。プランジャ13は、ボタン11に対する押下操作がされると、これに連動して下方に摺動する。プランジャ13の最下部にはコイルバネ17の上端部が接続されている。このため、プランジャ13が下方に摺動すると、これに連動してコイルバネ17が押下操作の方向に収縮する。
なお、プランジャ13の形状は特に限定されないが、本実施形態では、例えば図1及び図2に示すように、内側に空洞部を有する略四角柱形状としている。プランジャ13の内側の空洞部には、保持部材14と、レンズ15a乃至15dとからなるレンズユニット44が配置される。
保持部材14は、プランジャ13の内側の空洞部に配置される部材であり、上述したように、遮光性を有する樹脂製のスペーサ41及び42と、絞りフィルム43との組合せで構成されている。保持部材14は、レンズ15a乃至15dを保持する。
具体的には、例えば図2及び図4の(C)に示すように、スペーサ41の上面には、リブ411が2箇所に設けられている。そして、レンズ15cの下面には、スペーサ41のリブ411を夫々嵌合させるためのリブ受け152cが2箇所に設けられている。また、レンズ15dの下面には、リブ151dが4箇所に設けられている。そして、レンズ15cの上面には、レンズ15dのリブ151dに夫々嵌合するリブ受け151cが4箇所に設けられている。このような構成により、スペーサ41は、拡散板12側に配置された2枚のレンズ(レンズ15c及び15d)を保持する。
なお、レンズユニット44を構成するレンズは複数枚であれば特に限定されない。例えば、3枚のレンズで構成させることもできるし、レンズ15a及びレンズ15bを一体とした第1レンズと、レンズ15c及びレンズ15dを一体とした第2レンズとからなる2枚のレンズにすることもできる。また、保持部材14は、ハウジング16と一体とすることもできる。
レンズ15a乃至15dは、レンズユニット44の一部として機能するレンズであり、ディスプレイDから出力された映像の光線群を、拡散板12に結像するように屈折させて集光させる。
レンズ15a及び15dは、いずれも凸面と、略平坦面とを有する平凸レンズで構成されている。このうち、レンズ15aは、ディスプレイD側に凸面、ボタン11側に略平坦面を有する平凸レンズである。レンズ15dは、ボタン11側に凸面、ディスプレイD側に略平坦面を有する平凸レンズである。また、レンズ15b及び15cは、いずれも凸面と凹面とを有する凹メニスカスレンズで構成されている。このうち、レンズ15bは、ディスプレイD側に凹面、ボタン11側に凸面を有する凹メニスカスレンズである。レンズ15cは、ボタン11側に凸面、ディスプレイD側に凸面を有する凹メニスカスレンズである。レンズ15b及び15cは、保持部材14によって、夫々の凸面が互いに対向するように並べられて保持されている。
具体的には、レンズ15bとレンズ15cとの夫々に設けられた、リブ受け151bと152cとの夫々に、スペーサ42のリブ422とスペーサ41のリブ411との夫々が嵌合されることで、レンズ15b及び15cが保持される。また、レンズ15a乃至15dと、保持部材14とにおける、押下操作の方向に直交する方向の外形寸法は、同一又は略同一となる。これにより、例えば図4に示すように、レンズユニット44の外観は、フラットな側面を有する一体的な形状とすることができる。
即ち、ディスプレイD側から入力された光線群は、レンズユニット44のうち保持部材14よりも下側に配置されたレンズ15a及び15bによって集光される。そして、保持部材14によって絞りが加えられると、保持部材14よりも上側に配置されたレンズ15c及び15dによって光線群が拡散される。
換言すると、本実施形態では、レンズ15a乃至15dの夫々の湾曲面(凸面及び凹面)を利用した光線群の集光及び拡散と、遮光性を有するスペーサ41及び42と、絞りフィルム43を利用した光線群の絞りとによって、押下操作を行う者に明確な操作感を与えることが可能となる。さらに、ディスプレイから出力された画像の鮮明さと、正確さと、明るさとが従来よりもさらに増すように表示することが可能となる。
ハウジング16は、押ボタンスイッチ1を構成する多くの部材を収納可能とする収納スペースを、内側に有する箱型のハウジングである。具体的には、ハウジング16は、プランジャ13、保持部材14、レンズ15a乃至15d、コイルバネ17、及び接点部18を収納する。
なお、ハウジング16の形状は特に限定されないが、本実施形態では、図1及び図2に示すように、内側に空洞部を有する略四角柱形状としている。
コイルバネ17は、一方の端部がプランジャ13の最下部に接続され、もう一方の端部がメンブレンシート31又は接点部18に接続された、直線形状のコイルバネである。コイルバネ17は、ボタン11に対する押下操作により下方に摺動するプランジャ13の動作に連動して、押下操作の方向に収縮する。また、コイルバネ17は、ボタン11に対する押下操作が解除されると、弾性変形して、一方の端部に接続されたプランジャ13を上方に押し返す。これにより、押下操作によって下方に位置していたボタン11、拡散板12、及びプランジャ13を、押下操作が行われる前の位置に復帰させる。
なお、コイルバネ17の態様は特に限定されず、ボタン11に対する押下操作が解除されたときに、押下操作が行われる前の位置に復帰させる機能を少なくとも有するものであればよい。
接点部18は、ボタン11に対する押下操作に連動して遮断状態と通電状態とが切り替わる接点機構である。接点部18は、ボタン11に対する押下操作が行われる前は遮断状態を維持しているが、押下操作が行われると通電状態に切り替わる。その後、さらに押下操作が行われると、接点部18は通電状態から遮断状態に切り替わる。つまり、接点部18は、押ボタンスイッチ1に対する押下操作が行われる度に遮断状態と通電状態とが切り替わる。接点部18の上端はコイルバネ17の端部に接続されている。
固定板19は、ハウジング16の下部の4隅に配置された、押ボタンスイッチ1を取付パネルPに固定するための部材である。
また、押下操作前の待機位置にあるボタン11とレンズ15dとの間に十分なスペースがあるので、操作ストロークが確保される。その結果、押下操作を行う者は、明確な操作感を得ることができる。なお、ストロークの具体的な距離は特に限定されないが、押下操作を行う者が明確な操作感を得られるようにするためには、少なくとも1.8mm以上の距離を確保することが望ましい。本実施形態における押ボタンスイッチ1は、ストロークの距離が3mm以上である。
また、従来の押しボタンスイッチで採用されている鏡筒が金属製であるのに対して、本実施形態に係る押ボタンスイッチ1のスペーサ41及び42は樹脂製である。このため、製造コストを低減化させることもできる。
また、使用する部品数を削減することができるので、レンズの組替えによる倍率の変更の簡素化が可能となる。
また、図4に示すように、リブをリブ受けに嵌合させることによって横ズレのない一体化されたレンズユニット44が形成されるので、ハウジング16内におけるレンズの固定(保持)が容易化される。
具体的には例えば、1つのメンブレンシート31を用いて、3つの押ボタンスイッチ1を連結させて1つのユニットとし、これを取付パネルP上に順に並べて固定させていくことができる。
なお、取付パネルPに押ボタンスイッチ1を固定させるための具体的手法は特に限定されないが、例えば取付パネルPに孔を設けて、押ボタンスイッチ1の固定板19を挿入して固定してもよい。
このように、複数の押ボタンスイッチ1が固定された取付パネルPを、ディスプレイDの上に配置して固定することで所定の入力装置を構成させることもできる。押ボタンスイッチ1が適用された入力装置の表面に整然と配置された複数の押ボタンスイッチ1には、ディスプレイDから出力された映像を、鮮明さ、正確さ、及び明るさが従来よりもさらに増すように表示させることができる。
即ち、本発明が適用される押ボタンスイッチ(例えば図1乃至図3の押ボタンスイッチ1)は、
外部ディスプレイ(例えば図1乃至図3のディスプレイD)の上方に配置され、押下操作を受け付ける透明又は略透明なボタン(例えば図1乃至図3のボタン11及び拡散板12)と、
前記ボタンと前記外部ディスプレイとの間に配置され、前記外部ディスプレイから出力された画像を前記押下操作が行われる前の待機位置にある前記ボタンの天面(例えば図1乃至図3の拡散板12)に焦点を合わせて投影させる複数のレンズ(例えば図1乃至図4のレンズ15a乃至15d)と、
前記複数のレンズの夫々の位置及び向きが前記外部ディスプレイに対して固定されるように、前記複数のレンズを保持する保持部材(例えば図2の保持部材14)と、
を備え、
前記保持部材は、
前記複数のレンズのうち前記天面側に配置されたレンズの端部近傍に形成された第1凸部又は第1凹部(例えば図2のリブ受け152c)に嵌合する第1嵌合部(例えば図2のリブ411)を有する第1保持部材(例えば図2のスペーサ41)と、前記複数のレンズのうち前記外部ディスプレイ側に配置されたレンズの端部近傍に形成された第2凸部又は第2凹部(例えば図2のリブ受け151b)に嵌合する第2嵌合部(例えば図2のリブ422)を有する第2保持部材と、前記第1保持部材と前記第2保持部材(例えば図2のスペーサ42)とに挟持された絞り部材(例えば図2の絞りフィルム43)との組合せで構成される。
前記複数のレンズと前記保持部材との組合せからなるレンズユニット(例えば図4のレンズユニット44)が、他の部材(例えば図5の鏡筒)を用いることなく、前記嵌合により一体的に保持されるようにすることができる。
前記第1嵌合部が、前記第1保持部材の端部近傍における、前記天面側の表面に形成され、
前記第2凸部又は前記第2凹部が、前記外部ディスプレイ側に配置されたレンズの端部近傍における、前記天面側の表面に形成され、
前記第2嵌合部が、前記第2保持部材の端部近傍における、前記外部ディスプレイ側の表面に形成されるようにすることができる。
Claims (3)
- 外部ディスプレイの上方に配置され、押下操作を受け付ける透明又は略透明なボタンと、
前記ボタンと前記外部ディスプレイとの間に配置され、前記外部ディスプレイから出力された画像を前記押下操作が行われる前の待機位置にある前記ボタンの天面に焦点を合わせて投影させる複数のレンズと、
前記複数のレンズの夫々の位置及び向きが前記外部ディスプレイに対して固定されるように、前記複数のレンズを保持する保持部材と、
を備え、
前記保持部材は、
前記複数のレンズのうち前記天面側に配置されたレンズの端部近傍に形成された第1凸部又は第1凹部に嵌合する第1嵌合部を有する第1保持部材と、前記複数のレンズのうち前記外部ディスプレイ側に配置されたレンズの端部近傍に形成された第2凸部又は第2凹部に嵌合する第2嵌合部を有する第2保持部材と、前記第1保持部材と前記第2保持部材とに挟持された絞り部材との組合せで構成される、
押ボタンスイッチ。 - 前記複数のレンズと前記保持部材とにおける、前記押下操作の方向に直交する方向の外形寸法が、同一又は略同一であり、
前記複数のレンズと前記保持部材との組合せからなるレンズユニットが、他の部材を用いることなく、前記嵌合により一体的に保持される、
請求項1に記載の押ボタンスイッチ。 - 前記第1凸部又は前記第1凹部が、前記天面側に配置されたレンズの端部近傍における、前記外部ディスプレイ側の表面に形成され、
前記第1嵌合部が、前記第1保持部材の端部近傍における、前記天面側の表面に形成され、
前記第2凸部又は前記第2凹部が、前記外部ディスプレイ側に配置されたレンズの端部近傍における、前記天面側の表面に形成され、
前記第2嵌合部が、前記第2保持部材の端部近傍における、前記外部ディスプレイ側の表面に形成されている、
請求項1又は2に記載の押ボタンスイッチ。
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