JPH11288647A - タッチレススイッチの検出方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １個の受光素子を具備させたタッチレススイ
ッチにおいて、反射率の高い物体による誤検出を少なく
することができるタッチレススイッチの検出方式を提供
する。 【解決手段】 高反射率物体を検出するための発光素子
Ａ１ａと指を検出するための発光素子Ｂ１ｂとを設け、
クロック信号に同期させて発光素子駆動パルスを交互に
前記２個の発光素子へ出力して、前記２個の発光素子を
駆動し、前記２個の発光素子からの光を受ける１個の受
光素子３を設け、前記受光素子３の後段に、前記クロッ
ク信号を参照して、前記受光素子の出力信号をスイッチ
入力として認めるか否かの判断を行なう検出判断部５を
設け、前記検出判断部５は、前記受光素子３が前記発光
素子Ａ１ａからの光を検出しなかったことを確認した
後、前記受光素子３が前記発光素子Ｂ１ｂからの光を検
出したことをもって、スイッチ入力を許可するように構
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空中にスイッチキ
ーを表示させるとともに、検出手段として反射型の光電
スイッチ（発光素子及び受光素子）を使ったタッチレス
スイッチの検出方式に関する。なお、本発明または本明
細書で取り上げる（議論の対象とする）タッチレススイ
ッチは、発光素子から発した光（赤外線含む）が被検出
物で反射し、結像手段を介して、必要に応じてハーフミ
ラーのような反射／透過板で反射させた後、該光を受光
素子で検出することによって、スイッチングを行なうも
のに限ることとする。

【０００２】

【従来の技術】結像手段によって、空中に浮かせて表示
させた絵をスイッチ操作のターゲット（キー）とするタ
ッチレススイッチが知られ、かつ、既に製品化もされて
いる。このタッチレススイッチの検出手段としては、種
々の方式が考えられるが、光電スイッチを使うことが実
用的である

【０００３】図３は、タッチレススイッチの検出原理を
示す模式図である。物空間側に存在するタッチレススイ
ッチの検出ポイントは、結像手段８によって１対１で像
空間側へ写像される。物体である元絵１０（から発する
光）がキーの絵７（実像）へ投射されるということもこ
の意味を示している。ある物空間側の領域は、所定の像
空間側の領域へ写像ないし投射される。図３では、領域
α′及び領域β′は、領域α及び領域βへそれぞれ写像
されるが、受光素子を所定位置に設けた際の受光可能範
囲γからはずれているので、検出できないことを示して
いる。検出可能範囲γ′内に存在する所定反射率の所定
サイズの所定形状の物体は、受光可能範囲γに写像され
るので、検出できる。

【０００４】以上、タッチレススイッチの検出原理を鑑
みれば、原則として、タッチレススイッチの受光素子
は、空中のキーの絵７の中心点が写像される１箇所に設
けるべきものであることが判る。空中のキーの絵７に指
などで触れようとした場合、該指の検出可能性が最も大
きくなるからである。

【０００５】もちろん、タッチレススイッチに複数の受
光素子を具備させてもよい。検出のメインとなる受光素
子が中央に１個あり、その周囲に検出補助用の受光素子
を１個以上設けることは、検出性能という観点だけから
は、むしろ望ましい。しかし、受光素子を複数、設ける
ことは、コスト高となり、好ましくない。また、設置ス
ペースの問題もあり、現実には困難が多い。というの
は、スイッチの筐体（ケース）は、できるだけコンパク
トであることが望ましいからである。さらに、該筐体の
内部の受光素子の近隣には、照明装置、キーの元絵、結
像手段、ハーフミラー、受光回路及び受光素子を保持固
定するための部材などを設けなければならないので、受
光素子設置のためのスペースは、非常に限られてしまう
のである。

【０００６】そこで従来のタッチレススイッチは、１個
の発光素子と１個の受光素子を使って、空中のスイッチ
キーを操作しよう（触れよう）とする指の検出を行なっ
ていた。しかし、この方式には、次のような問題点があ
った。発光素子の投射光が反射率の高い物体、例えば白
紙片やアルミホイール片などで反射させられ、その光が
受光素子へ達すると、当然、スイッチ入力が為されてし
まうということである。筐体の上の所定部位に紙屑（白
紙片）が落ちていたりすると、スイッチが入りっぱなし
という状態になってしまう恐れがあったのである。この
ことを図３を参照して説明する。本来、検出可能な位置
にある低反射率の物体ニから発するまたは反射する光線
は、受光可能範囲γをたくさんの本数、通過するかもし
れないが、光量（ないし強度）不足で検出できないかも
しれない。一方、本来、検出可能範囲から大幅にずれた
位置にある高反射率の物体ハから発するまたは反射する
光線は、受光可能範囲γをわずかの本数しか、通過しな
いかもしれないが、受光素子に達する光量（ないし強
度）が多く（大きく）て検出してしまうかもしれない。

【０００７】タッチレススイッチは、オペレータの指
（の腹）が所定位置とその上下（前後）に侵入してきた
（位置している）ときだけ、スイッチ入力が為されるよ
うに、発光素子の光軸と放射強度及び受光素子の光軸と
感度が調整されなければならず、また、そのように調整
して、製品として出荷される。タッチレススイッチにお
いて、所定検出範囲内にある所定値以上の反射率を持つ
物体（例えば指）しか検出しないようにすることが可能
なのは、指で反射した（物空間に存在する）光が結像手
段によって、（対応する像空間の）所定位置に収束ない
し投射されるからである。

【０００８】ところが、反射率の高い物体は、指を基準
として設定した検出範囲外にあっても、当然、検出して
しまうことが起き得る。つまり、スイッチのオペレータ
がスイッチ入力を意図しないにも係わらず、何らかの外
乱によって、誤ってスイッチ入力が為されてしまう危険
が少なからず存在するということである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、１個の受光
素子を具備させたタッチレススイッチにおいて、反射率
の高い物体による誤検出を少なくすることができるタッ
チレススイッチの検出方式を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、スイッチ操作
の目標としてキーの絵（実像）を空中に浮かばせて表示
し、発光素子からの光を低反射率の被検出物（例えば指
ないし指の腹）で反射させ、結像手段を介して受光素子
で受けることによって、スイッチ入力を為さしめるタッ
チレススイッチにおいて、上記した課題を解決したもの
であり、次のようなものである。

【００１１】高反射率物体を検出するための発光素子Ａ
と本来の検出対象である指のような低反射率物体を検出
するための発光素子Ｂとを所定の位置に設ける。発光素
子Ａの光は、空中のキーの絵の下方を、発光素子Ｂの光
は、空中のキーの絵付近を、重点的に照射するように、
それぞれ設置することが推奨される。クロックを具備さ
せ、該クロックの出力信号（クロック信号）は、発光側
と受光側で、同期を取るために使用する。クロック信号
に同期させて発光素子駆動パルスを交互に前記２個の発
光素子へ出力して、前記２個の発光素子を駆動するよう
に発光側を構成する。

【００１２】受光側においては、前記２個の発光素子か
らの光を受ける１個の受光素子を設け、前記受光素子の
後段に、前記クロック信号を参照して、前記受光素子の
出力信号をスイッチ入力として認めるか否かの判断を行
なう検出判断部を設ける。前記検出判断部は、クロック
信号と受光素子の出力とに基づいて、スイッチ入力（つ
まり、空中のキーの絵ないしそのキーの絵付近に本来の
検出対象である指が侵入してきたこと）が為されたかど
うかを判断するとともに、その旨を後段へ出力する手段
ないし回路である。前記検出判断部は、前記受光素子が
前記発光素子Ａからの光を検出しなかったことを確認し
た後、前記受光素子が前記発光素子Ｂからの光を検出し
たことをもって、スイッチ入力が為されたことを認める
（スイッチ入力が為されたものと判断する）ように構成
されている。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明で使用する２個の発光素子
には赤外発光ダイオードを用いることができる。この２
個の赤外発光ダイオードは、同じ型の赤外発光ダイオー
ドでもよいし、異なる型の赤外発光ダイオードでもよ
い。高反射率の物体を検出するための前記発光素子Ａに
は、どちらかというと指向性（指向角ないし半値角）の
広いもののほうが向いているようである。

【００１４】発光側において、クロック信号に同期し
て、先ず、発光素子Ａが（パルス）発光する。発光素子
Ａが所定時間だけ発光した後、クロック信号に同期して
発光素子Ａが消灯すると同時に発光素子Ｂが（パルス）
発光する。発光素子Ｂが所定時間発光した後、クロック
信号に同期して発光素子Ｂが消灯すると同時に再び発光
素子Ａが点灯する。このように発光素子Ａと発光素子Ｂ
は、クロック信号に同期して所定周期で交互に点灯す
る。発光素子を駆動するためのパルス信号を前記クロッ
ク信号に同期して切り替えればよいのである。

【００１５】一方、受光側において、交互に発光素子Ａ
及び発光素子Ｂからの光を受光素子が受けることができ
るものと期待される。もちろん、発光素子Ａまたは発光
素子Ｂが発光しているとき、受光素子は、必ずしも発光
素子Ａまたは発光素子Ｂからの光を受光できるとは限ら
ない。当然、そのとき、何らかの反射物体が所定の位置
に存在しているときだけ、受光素子は、あるときは発光
素子Ａからの光を、またあるときは発光素子Ｂからの光
を受光できるわけである。

【００１６】本発明の検出判断部は、前記クロック信号
と前記受光素子の出力に基づいて、スイッチ入力操作の
有無を次のように判断する。先ず、発光素子Ａが発光し
ているときに、受光素子が光を検出していないことを確
認する。次に、該発光素子Ａが消灯すると同時に発光素
子Ｂが点灯した状態となった期間において、受光素子Ｂ
が光を検出したことを確認して、スイッチのキーが操作
されてスイッチ入力が為されたものとみなす。逆に言え
ば、その他の場合は、スイッチ入力を認めないというこ
とである。

【００１７】このような手順で、高反射率の物体が然る
べき範囲になく、指が然るべき範囲内に存在する（つま
りスイッチ操作が為された）ことを検出することができ
る。

【００１８】

【実施例】図面を参照して本発明の一実施例を説明す
る。図１は、本発明の一実施例を説明するブロック図で
ある。受光素子には、一般に市販されている４ピンのフ
ォトＩＣ３を用いるものとする。発光素子には、通常の
光電スイッチと同様、赤外発光ダイオードを使用するこ
とを推奨できる。信号切替手段２、クロック４、検出判
断部５は、周知技術で構成できる。なお、信号切替手段
２というのは、一種のスイッチであり、検出判断部５と
いうのは、いわゆる順序論理判断を行なう回路である。
高反射率物体である白紙片イが存在するケースイと低反
射率物体である指ロが存在するケースロとに分けて説明
を続ける。

【００１９】先ず、ケースイについて説明する。結像手
段８の上方に存在する高反射率物体を照射するために設
置された発光素子Ａ１ａが発した光線は、白紙片イで散
乱する。その散乱光のうち、受光に寄与する光線は、種
々のルートを通ってフォトＩＣ３の受光窓６に達する。
発光素子Ａ１ａとフォトＩＣ３は、所定の高反射率物体
が所定範囲にあるとき、該物体を検出できるように設定
・設置しておくということである。

【００２０】次に、ケースロについて説明する。発光素
子Ａ１ａによって、キーの絵７付近にある指ロを検出で
きないように、発光素子Ａ１ａの選定、放射強度及び光
軸の設定を行なっておく。指は、光線の反射率が低い上
に、散乱度も大きいので、そのように容易に設定でき
る。一般に、発光素子Ａ１ａの放射強度を小さくするだ
けで済む。

【００２１】低反射率の物体を検出するために設けられ
た発光素子Ｂ１ｂを発した光線は、指ロで散乱し、その
一部の光線は、検出に寄与するべく、種々のルートを通
ってフォトＩＣの受光窓６に達しうる。指ロを検出でき
るかどうかは、受光窓６に達した光線の強さと量（本
数）に掛かっている。逆に言えば、所定範囲にある指ロ
を検出できるように発光素子Ｂ１ｂとフォトＩＣ３を調
整・設定しておくわけである。

【００２２】発光素子Ａ１ａ、発光素子Ｂ１ｂ、フォト
ＩＣ３及び検出判断部５は、次のように係わり合ってス
イッチ入力操作の有無の判断を行なう。図２は、各信号
のタイムチャートである。Ｌｏｕｔ出力は、フォトＩＣ
３のピンからの出力であり、クロック信号の立ち上が
り及び立ち下がりに同期して、発光素子Ａへのパルス入
力と発光素子Ｂへのパルス入力とに交互にスイッチング
される。なお、Ｌｏｕｔ出力の切り替えは、クロック信
号の立ち下がりあるいは立ち下がりのどちらか一方に同
期させて切り替えてもよい。

【００２３】このような各部の構成と動作を前提にし
て、本発明では、次のようにスイッチ入力が為されたこ
とを判断する。先ず、発光素子Ａ１ａが発光している間
において、物体が検出されるかどうかを必ず確認する。
次に、点灯していた発光素子Ａ１ａが消灯すると同時に
発光素子Ｂ１ｂが点灯してから消灯するまで間におい
て、物体が検出されるかどうかを確認する。

【００２４】具体的には、図４のような論理判断を行な
う。図４は、検出判断部が検出判断を行なうための論理
表である。時刻「Ｔｎ」における発光素子Ａ１ａが発す
る光によるフォトＩＣ３のピン（Ｏｕｔ）からの出力
が「０」、すなわち非アクティブであり、かつ、次の時
刻「Ｔｎ＋１」における発光素子Ｂ１ｂが発する光によ
るフォトＩＣ３のピンからの出力が「１」、すなわち
アクティブであることをもって、空中のキーの絵７をス
イッチ操作のターゲットとして、例えば指のような低反
射率の物体で入力操作が為されたものと判断する。

【００２５】すなわち、指の検出を行なう前に、高反射
率物体による外乱を除去しようという考え方である。白
１紙片イが結像手段８の上方のスイッチの筐体（図示せ
ず）に乗っかってきたような場合でも誤検出を防止でき
る。

【００２６】

【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、以下に記載される効果を奏する。先ず、高
反射率物体（例えば白紙片イ）が然るべき範囲に存在し
ないことを確認したの後、検出範囲内に指ロが存在する
ことを確認したことをもって、スイッチ入力を許可する
ので、１個の受光素子（例えばフォトＩＣ３）でもっ
て、反射率の高い物体による誤検出を少なくすることが
できるタッチレススイッチの検出方式を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図

【図２】各信号のタイムチャート

【図３】タッチレススイッチの検出原理を示す模式図

【図４】検出判断部が検出判断を行なうための論理表

【符号の説明】

１ａ （高反射率物体用）発光素子Ａ １ｂ （低反射率物体用）発光素子Ｂ ２ 信号切替手段 ３ フォトＩＣ（受光素子） ４ クロック ５ 検出判断部 ６ 受光窓 ７ キーの絵（実像） ８ 結像手段 ９ ハーフミラー １０ 元絵 Ｌｏｕｔピン グランドピン Ｏｕｔピン Ｖｃｃピン イ 白紙片 ロ 指 ハ 高反射率物体 ニ 低反射率物体 α′ （物空間側）領域 α （α′に対応する像側）領域 β （物空間側）領域 β （β′に対応する像側）領域 γ′ 検出可能範囲 γ 受光可能範囲

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スイッチ操作の目標として、キーの絵を
   空中に浮かばせて実像として目に見えるように表示し、
   発光素子からの光を被検出物で反射させ、結像手段を介
   して受光素子で受けることによって、スイッチ入力を為
   さしめるタッチレススイッチにおいて、 高反射率物体を検出するための発光素子Ａと低反射率物
   体を検出するための発光素子Ｂとを設け、 クロック信号に同期させて発光素子駆動パルスを交互に
   前記２個の発光素子へ出力して、前記２個の発光素子を
   駆動し、 前記２個の発光素子からの光を受ける１個の受光素子を
   設け、 前記受光素子の後段に、前記クロック信号を参照して、
   前記受光素子の出力信号をスイッチ入力として認めるか
   否かの判断を行なう検出判断部を設け、 前記検出判断部は、前記受光素子が前記発光素子Ａから
   の光を検出しなかったことを確認した後、前記受光素子
   が前記発光素子Ｂからの光を検出したことをもって、ス
   イッチ入力が為されたことを認めるように構成したこと
   を特徴とするタッチレススイッチの検出方式。