JPH1173861A - タッチレススイッチユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハーフミラーを有するタッチレススイッチを
複数個、配列するタッチレススイッチユニットにおい
て、各スイッチのハウジング横断面の縦×横の長さを短
くする。 【解決手段】 スイッチ操作のターゲットとして、実像
を空中に表示させ、被検出物にて反射してくる光を結像
手段及びハーフミラーを経て受光素子で受光する構成の
タッチレススイッチを、複数個、所定の配列で設置する
スイッチ装置群において、各々のスイッチのハウジング
（８ａ〜８ｄ）の内部には、元絵、ハーフミラー、結像
手段及び受光素子を所定の位置に設け、スイッチのハウ
ジング（８ａ〜８ｄ）の外部には、発光素子（４ａ〜４
ｄ）を設けるとともに、前記発光素子（４ａ〜４ｄ）
は、各々のスイッチ毎に設定される所定の照射領域（実
像２ａ〜２ｄ）を照射し得るように設置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特願平７−３１３
４４０号の改良発明に係わり、詳しくは、文字や絵を描
いたプレートと結像手段との間にハーフミラーを設けた
構成のタッチレススイッチの改良発明に関する。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は、全く新しいタイプの非接触
スイッチとして、平成６年１２月５日にタッチレスパネ
ルスイッチなる発明を出願し（特願平６−３３３７２７
号）、平成７年１０月２４日には、同様の非接触スイッ
チであるタッチレススイッチなる発明を出願している
（前記特願平７−３１３４４０号）。前記タッチレスス
イッチなる発明において、文字や絵を描いたプレートと
結像手段である屈折率分布型レンズ素子との間にハーフ
ミラーを設けた構成のタッチレススイッチのアイデアが
提案されている。

【０００３】本発明で問題とするタッチレススイッチ
は、この文字や絵を描いたプレートと結像手段（例えば
屈折率分布型レンズ素子）との間にハーフミラーを設け
た構成のタッチレススイッチであり、以後、タッチレス
スイッチと言えば、特にこのタイプのタッチレススイッ
チのみを意味するものとする。

【０００４】タッチレススイッチは、伝送元である物体
（以後、元絵とも称する）を結像手段（例えば屈折率分
布型レンズ素子）により空中に投射（写像）し、前記物
体の実像をスイッチのキーとして空中に表示させ、スイ
ッチ操作のターゲットとして利用しようとするものであ
る。このタッチレススイッチにおいて、空中に表示され
たキーに接近してくる被検出物（オペレータの指など）
は、次のように検出していた。

【０００５】前記空中のキー、すなわち元絵の実像を照
射し得る所定の位置に発光素子（実質的には赤外線発光
素子）を設ける（１個でも複数個でもよい）。発光素子
を発した光は、前記キーに接近してきた指で反射し、結
像手段を介して元絵への方に伝送される。元絵と結像手
段との間には、ハーフミラーが設けてあるので、発光素
子を発し、指で反射して結像手段を通ってきた光は、一
部はハーフミラーで反射する。

【０００６】なお、ハーフミラーに赤外線を選択的に反
射する部材を用いれば、該光の大部分は、ハーフミラー
で反射させることもできるので、効率的に非検出物を検
出できる。ハーフミラーで反射してきた発光素子からの
光を受光し得る位置に、受光素子が設けられているの
で、空中のキーに触れようとしてくる物体（指）を検出
することができる。

【０００７】受光素子を設ける位置は、発光素子を発し
た光が指で反射してから結像手段へ入射するまでの光線
の軌跡の距離と結像手段を出射してからハーフミラーで
反射し、受光素子へ入射するまでの光線の軌跡の距離と
が概ね等しくなる位置が最も望ましい。

【０００８】従来のタッチレススイッチは、装置の縦×
横、すなわち、元絵または結像手段と平行な面で、タッ
チレススイッチのハウジングを切断した際のハウジング
断面（横断面）の縦×横の長さが大きくなり勝ちである
という問題点があった。

【０００９】通常、スイッチ、特に押すか触れるかとい
う操作によって入力を行うスイッチというものは、その
キーは、スイッチの上面（つまりハウジングの横断面）
の中央に位置させることが見やすく操作しやすいもので
ある。よって、タッチレススイッチにおいても、元絵
は、なるべくハウジング断面の中央に位置させるべきで
ある。元絵をハウジング断面の中央に位置させると、当
然、結像手段もハウジング断面の中央に位置させること
になる。ハウジングの横断面のサイズは、結像手段、発
光素子及び受光素子を収納し得るサイズとならざるを得
ない。特に、後述するように、発光素子のサイズ（照射
強度の大きいものほどサイズも大きい）とその照射領域
及び光軸の設定が、ハウジングの横断面を大きくする主
因となっていた。

【００１０】また、ハーフミラーは、元絵及び結像手段
と、例えば４５度の角度を為すように設置する。受光素
子は、その光軸がハーフミラーと４５度の角度を為す所
定の位置に設置する。もちろん、受光素子の設置位置
は、ハーフミラーの設置角度に応じて変化させなければ
ならない。

【００１１】図３は、従来のタッチレススイッチの模式
図である。発光素子４は、ハウジング８の内部に、実像
２ａの中心かもしくはほぼ中央を向けて設置されてい
る。図３から明らかなように、発光素子４は、所定角度
だけその光軸を垂直から傾けて設置されなければならな
い。従来、この発光素子４を設置するスペースを確保す
るために、ハウジング８が大きくなる傾向があったので
ある。実像２ａを照射するためには、発光素子４は、結
像手段３の周囲に、所定の傾きにて設置する必要が有っ
たからである。

【００１２】発光素子４を傾けるためには、結像手段３
からハウジング８の内壁までの距離がそれ（傾けて設置
すること）ができるだけ必要であることは明らかであ
り、ハウジング大きくなる要因となる。なお、遮光板１
１は、ハウジング８の内部で発光素子４からの光（ノイ
ズ光）が直接受光素子５へ達し、受光素子５が誤検出す
るのを防ぐためのものである。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来のタッ
チレススイッチの欠点に鑑み為されたもので、その目的
とするところは、装置、すなわちハウジングの横断面の
縦×横方の長さを短くすることができるタッチレススイ
ッチユニットを提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係わるタッチレ
ススイッチユニットは、上記した課題を解決したもの
で、次のようなものである。スイッチ操作のターゲット
として、実像を空中に表示させ、被検出物にて反射して
くる光を結像手段及びハーフミラーを経て受光素子で受
光する構成のタッチレススイッチを、複数個、所定の配
列で設置するスイッチ装置群において、各々のスイッチ
のハウジングの内部には、元絵、ハーフミラー、結像手
段及び受光素子を所定の位置に設ける。また、スイッチ
のハウジングの外部には、少なくとも一つの発光素子を
設けるとともに、前記発光素子は、各々のスイッチ毎に
設定される所定の照射領域を照射し得るように設置す
る。請求項２のように、請求項１のタッチレススイッチ
ユニットにおいて、前記スイッチのハウジングの外部に
設ける前記発光素子は、各々のスイッチにそれぞれ具備
させるようにしてもよい。より確実に非検出物を検出す
ることが期待できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】タッチレススイッチを複数個並べ
たタッチレススイッチユニットにおいて、発光素子は、
各スイッチ毎の元絵の実像、すなわち空中に形成された
のスイッチ毎の各キーを照射できるように、少なくとも
１個以上、スイッチハウジングの外側に設けられてい
る。なお、発光素子は、空中のキーを照射できれば良い
のであって、空中のキー以外の位置を照射してはいけな
いということではない。要するに、発光素子は、空中に
表示されるキー（一部でも全部でも）を照射すること
は、必要であるが、それ以外の空中の位置のどこを照射
するかしないかは、当業者の設計上の選択事項である。

【００１６】結像手段と元絵とは、結像手段の下端面と
元絵（の面）とが平行またはほぼ平行になるように所定
の距離を隔てて、スイッチハウジングの内部に設置す
る。前記所定の距離は、結像手段の光学特性で定まる。
つまり、元絵を空中にピントの合った実像として射像し
得る位置に元絵と結像手段を配置する。ハーフミラー
は、元絵を空中へ写像するのに十分なサイズのものを用
い、元絵を含む面とハーフミラーを含む面との為す角の
うち、鋭角のほうが、４５度または４５度以下になるよ
うに設置する。言い換えれば、ハーフミラーは、元絵と
結像手段の下端面と平行である水平面から４５度以下の
傾きで設置する。

【００１７】受光素子の設置位置は、次のように考え
る。空中に表示されたキーの中心もしくはほぼ中心を通
る垂線を想定する。この垂線は、元絵の中心を通る垂線
でもある。この垂線上を光線が結像手段からハーフミラ
ーの方へ進行すると考える。該光線の一部は、ハーフミ
ラーで屈折され、透過して行くが、一部は、反射する。
このハーフミラーでの該光線が反射して進行する線上の
所定の位置に受光素子を設ける。

【００１８】タッチレススイッチを複数個、近接もしく
は接して設ければ、本発明のタッチレススイッチユニッ
トが構成される。スイッチは、単独で使用することはま
れで、複数のスイッチを一組の入力ユニットとして使う
ことがむしろ普通で、本発明は、そのような用途に適す
るものである。

【００１９】

【実施例】図１は、本発明に係わるタッチレススイッチ
ユニットに適用できるタッチレススイッチの一実施例を
示す模式図である。元絵２は、光線を透過し得る材料
に、文字、記号、絵、図またはアイコンなどを描いたプ
レート（パネル）である。元絵２を発光させるための照
明手段１には、発光ダイオードや冷陰極管などを使用す
る。なお、元絵２自体に発光体、つまり発光ダイオード
やＬＣＤ等の電子ディスプレイデバイスを使用してもよ
い。また、元絵２と照明手段１との間に拡散板を介在さ
せてもよい。元絵２と照明手段１の間に拡散板を設ける
と、元絵２の明るさムラを低減する効果がある。

【００２０】結像手段３は、所定位置にある物体を所定
位置に実像として写像する光学素子である。透明材料で
ある結像手段固定部材９で所定位置に保持固定されてい
る。結像手段３としては、例えば、所定長の屈折率分布
型ロッドレンズをマトリクス状に多数配列したブロック
状の素子、いわゆる屈折率分布型レンズ素子を用いるこ
とができる。また、結像手段３には、微少凸レンズをマ
トリクス状に多数配列させたプレート（平板集合マイク
ロレンズプレート）を１枚目の各微少凸レンズと２枚目
の対応する各微少凸レンズの光軸を合わせて所定間隔で
２枚設けたものを使用してもよい。

【００２１】ハウジング８の外部に設置する発光素子４
には、例えば、赤外発光ダイオードを使用する。発光素
子４は、実像２ａを含め各スイッチの対応する実像を照
射し得る位置に必要な数だけ設置する。発光素子４の品
種、発光波長や指向性などの光学的特性、設置する数、
照射方向（光軸の方向）及び駆動方式などは、当業者の
設計上の選択事項である。但し、発光素子４もしくは他
の発光素子は、物体である元絵２を空中に投射した像で
ある実像２ａを含め、タッチレススイッチユニットを構
成するタッチレススイッチのすべての実像を照射できな
くてはならない。

【００２２】発光素子４が発する光（赤外線）は、スイ
ッチのキー、すなわちスイッチ操作のためのターゲット
として空中に形成されている実像２ａに接近してくる物
体（実質的にはオペレータの指）で反射し、結像手段３
を介してハーフミラー６に達し、一部はハーフミラー６
を通過するが、一部はハーフミラー６で反射し受光素子
５に達する。

【００２３】受光素子５には、フォトダイオード、フォ
トトランジスタまたはフォトＩＣなどが使用できる。制
御回路７は、発光素子４、受光素子５及び照明手段１を
制御し、スイッチ装置の外部に信号を出力する。

【００２４】ハーフミラー６は、元絵２からの光を透過
させるとともに、発光素子４からの光を反射させる材質
のプレートなら何でも良い。通常の透明な樹脂（例えば
アクリル樹脂）のプレートでも充分使用に耐えうる。

【００２５】ハーフミラー６の設置に際しては、元絵−
結像手段下端面間距離を勘案して、水平からの角度を設
計する。元絵２が含まれている面とハーフミラー６が含
まれている面は、両面が平行でない限り、必ず交わる
が、この二つの面が為す角のうち、鋭角のほうの角が４
５度以下になるように設計・設置する。当然、元絵−結
像手段下端面間距離が短くなればなるほど、該角は、狭
く（小さく）しなければならない。

【００２６】受光素子５は、この該角に対応して、設置
される絶対位置は変わるが、結像手段３の端面を垂直に
通過する光線がハーフミラー６で反射して進行する光線
の軌跡上に設置されるということに変わりはない。

【００２７】受光素子５を設置する位置は、従来のタッ
チレススイッチと同様、発光素子４を発した光におい
て、被検出物である指で反射してから結像手段３の上端
面に達するまでの光線の軌跡の距離と、結像手段３から
出射し、ハーフミラー６で反射して受光素子５に達する
までの光線の軌跡の距離と、が等しくなる位置が推奨さ
れる。

【００２８】しかしながら、受光素子５は、該ベストの
位置から多少前後しても、発光素子４からの光を受光で
きるので、大体の位置に設ければよい。逆に言えば、受
光素子５が発光素子４からの光を検出できるように、発
光素子４の光軸と発光強度、受光素子５の光軸と感度を
調節するわけである。

【００２９】図２は、図１で示すようなタッチレススイ
ッチを例えば４個配列したタッチレススイッチユニット
の斜視図である。図２では、４個のタッチレススイッチ
を一列に並べているが、タッチレススイッチユニットを
構成するタッチレススイッチの数及びタッチレススイッ
チの配列のさせ方は、当業者の設計上の選択事項であ
る。ハウジング８ｃとハウジング８ｄは、接して置かれ
ている。もちろん、ハウンジングａとハウジングｂ、ハ
ウジングｂとハウジングｃも接するように、各タッチレ
ススイッチを並べてもよい。また、タッチレススイッチ
の並べ型及びその個数は、当業者が用途に応じて適宜設
計することができる。

【００３０】本発明に係わるタッチレススイッチユニッ
トは、一点鎖線で示す実像２ａ（キー）と実像２ｂ（キ
ー）の間隔（このキーとキーの中心間の距離をＮａとお
く）を従来のタッチレススイッチを並べた場合よりも短
くすることができる。従来のタッチレススイッチを複数
個、配列した場合、ハウジングの大きさ（横断面のサイ
ズ）が制約となり、キー（実像２ａ）とキー（実像２
ｂ）の間隔Ｎａを所定間隔以上狭くしてタッチレススイ
ッチユニットを構成することはできなかった。本発明に
より、このキーとキーの間隔Ｎａを従来より随分と狭く
することができるようになった。スイッチのハウジング
（８ａ〜８ｄ）の外部に発光素子（４ａ〜４ｄ）を設け
ているので、ハウジング（８ａ〜８ｄ）の横断面の縦×
横をのサイズを短くすることができたためである。

【００３１】

【発明の効果】本発明に係わるタッチレススイッチユニ
ットは、以上説明したように構成されているので、次に
記載される効果を奏する。タッチレススイッチユニット
において、従来、一つのハウジング内に１個以上内蔵さ
れていた発光素子をハウジングの外部に設けることによ
り、ハウジングの横断面をコンパクトにすることができ
る。それに伴い、当然、タッチレススイッチを複数個、
配列する際、空中の実像（キー）と実像（キー）の間隔
を従来よりも短く（狭く）設定できる。また、発光素子
の設置位置、設置数及び光軸の設定も自由度が大きく、
設計が楽になった。さらに、発光素子をハウジングの外
に出したので、ハウジング内部の発光素子の光（ノイズ
光）による誤検出の心配もなくなるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるタッチレススイッチユニットに
適用できるタッチレススイッチの一実施例を示す模式図

【図２】タッチレススイッチユニットの斜視図

【図３】従来のタッチレススイッチの模式図

【符号の説明】

１ 照明手段 ２ 元絵 ２ａ〜２ｄ 実像 ３ 結像手段 ４、４ａ〜４ｄ 発光素子 ５ 受光素子 ６ ハーフミラー ７ 制御回路 ８、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ ハウジング ９ 結像手段固定部材 １０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ １０ｄ 透明保護版 １１ 遮光版 Ｎａ キーとキーの中心間の距離

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スイッチ操作のターゲットとして、実像
   を空中に表示させ、被検出物にて反射してくる光を結像
   手段及びハーフミラーを経て受光素子で受光する構成の
   タッチレススイッチを、複数個、所定の配列で設置する
   スイッチ装置群において、 各々のスイッチのハウジングの内部には、元絵、ハーフ
   ミラー、結像手段及び受光素子を所定の位置に設け、 スイッチのハウジングの外部には、少なくとも一つの発
   光素子を設けるとともに、前記発光素子は、各々のスイ
   ッチ毎に設定される所定の照射領域を照射し得るように
   設置したタッチレススイッチユニット。
2. 【請求項２】 前記スイッチのハウジングの外部に設け
   る前記発光素子は、各々のスイッチ毎にそれぞれ具備さ
   せることを特徴とする請求項１のタッチレススイッチユ
   ニット。