JPH1167030A - タッチレススイッチ - 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に
おいて、装置の縦方向の長さを短くする。 【解決手段】 空中に形成される実像２ａを照射し得る
位置に発光素子４が設けてあり、結像手段３と元絵２と
の間にハーフミラー６が設けてあるタッチレススイッチ
において、元絵２を含む面とハーフミラー６を含む面の
為す二つの角のうち、鋭角のほうの角αが４５度未満に
なるように、結像手段３及び元絵２を設置し、結像手段
３の端面を垂直に通過してハーフミラー６へ向かう光線
がハーフミラー６で反射して進む方向の所定の位置に受
光素子５を設ける。

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を設ける（１個でも複数
個でもよい）。発光素子を発した光（赤外線も含む）
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つてきた光は、一部はハーフ
ミラーで反射する。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。

【０００６】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。

【０００７】従来のタッチレススイッチは、装置の縦方
向、すなわち、元絵から結像手段方向への長さが長くな
りがちであるという問題点を有していた。なぜなら、元
絵−結像手段間及び結像手段−空中の実像間の距離を短
くしようにも、次に述べるような制約があったからであ
る。元絵−結像手段間の距離（Ｌｏとする）によって、
結像手段−空中の実像間の距離（Ｌｉとする）は、定め
られる。ＬｏとＬｉは、当然のことながら等しいかほぼ
等しい。

【０００８】Ｌｉは、Ｌｏによって定められるので、Ｌ
ｉ独立でその長さを調節することはできない。さて、こ
のＬｏであるが、今、問題としているタッチレススイッ
チにおいては、元絵と結像手段の間にハーフミラーを設
ける必要がある。Ｌｏは、当然、ハーフミラーを設置で
きる長さを確保しなければならない。このことがＬｏを
短くすることに対する制約となる。このハーフミラーの
サイズは、結像手段の端面のサイズから制限を受ける。

【０００９】図２は、従来のタッチレススイッチの模式
図である。今、結像手段３の端面（光の入射面と出射
面）が正方形だとして、図３のように、その辺の長さが
２５ｍｍだとする。ハーフミラー６の厚みが１ｍｍだと
すると、元絵２から結像手段３の元絵２に向き合ってい
る側の端面（以後、下端面という。もう一方の端面を上
端面ということにする）までの距離Ｌｏは、少なくとも
２６．４ｍｍ以上必要であることが分かる。当然、Ｌｉ
もほぼ２６．４ｍｍである。また、結像手段３の端面の
一辺の長さが２５ｍｍ、Ｌｏ＝２６．４ｍｍ、ハーフミ
ラー６と結像手段３の端面の為す角が４５度の場合、ハ
ーフミラー６の長さは、約３７．４ｍｍ以上必要であ
る。

【００１０】結像手段３の端面（上端面と下端面）のサ
イズを大きくすればするほど、ハーフミラー６は、上述
の３７．４ｍｍ長よりも大きなサイズのものが必要とな
り、Ｌｏも長くなる。よって、従来のタッチレススイッ
チは、縦方向の長さが長くなりがちであるという欠点が
あり、もっと、縦方向の長さが短いタッチレススイッチ
が望まれていた。

【００１１】

【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、装置の縦方向の長さ、すなわちＬｏを
短くすることができるタッチレススイッチを提供するこ
とにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記した課題
を解決したもので、次のようなものである。タッチレス
スイッチにおいて、前記元絵を含む面と前記ハーフミラ
ーを含む面の為す二つの角のうち、鋭角のほうの角が４
５度未満になるように、前記結像手段及び前記元絵を設
置する。前記結像手段の端面を垂直に通過して前記ハー
フミラーへ向かう光線が前記ハーフミラーで反射して進
む方向の所定の位置に受光素子を設ける。

【００１３】

【発明の実施の形態】発光素子は、元絵の実像、すなわ
ち空中のキーを照射できるように少なくとも１個以上設
けられている。発光素子は、空中のキーの少なくともそ
の一部でも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。

【００１４】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度未満に
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
未満の傾きで設置する。

【００１５】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。

【００１６】

【実施例】図１は、本発明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。

【００１７】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。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結像手段として用いるこ
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。

【００１８】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を照射し得る
位置に設置する。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は、物体である元絵２を空中に
投射した像である実像２ａの一部または全部の領域を照
射できなくてはならない。

【００１９】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。

【００２０】図１及び図２で示しているように、実像２
ａに指が到達する少し前に指を検出できるように、発光
素子４及び受光素子５を設ける位置、光軸及び感度を調
節しておくことが実用上好ましい。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。

【００２１】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。

【００２２】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Ｌｏの長さを勘案して、水平から
の角度αを設計する。元絵が含まれている面とハーフミ
ラー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、鋭角のほうが
角αである。ハーフミラー６は、この角αが４５度未満
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Ｌｏが短くなればなるほど、角αは、狭く
（小さく）しなければならない。

【００２３】受光素子５は、この角α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。

【００２４】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（Ａ）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（Ｂ＋Ｃ）とが等しくなる
位置が推奨される。すなわち、図２において、Ａ＝Ｂ＋
Ｃとなる位置である。

【００２５】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。

【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、次に記載される効果を奏する。ハーフミラ
ー６を前記角αが４５度未満になるようにして、元絵２
と結像手段３の間に設けているので、元絵−結像手段下
端面間距離Ｌｏを従来のタッチレススイッチよりも短く
できる。よって、装置の縦方向の長さを短くすることが
可能なタッチレススイッチ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模式図

【図２】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 実像 ３ 結像手段 ４ 発光素子 ５ 受光素子 ６ ハーフミラー ７ 制御回路 Ｌｏ 元絵−結像手段の下端面間距離 Ｌｉ 結像手段の上端面−実像間距離 α 元絵を含む面とハーフミラーを含む面の為す二つの
角のうち、鋭角のほうの角 Ａ 指で反射してから結像手段の上端面まで、発光素子
からの光が進行する距離 Ｂ 結像手段の下端面からハーフミラーまで、発光素子
からの光が進行する距離 Ｃ ハーフミラーで反射してから受光素子まで、発光素
子からの光が進行する距離

フロントページの続き (72)発明者 金森 裕志 名古屋市南区千竈通２丁目13番地１ 株式 会社タイテック内 (72)発明者 深津 博一 名古屋市南区千竈通２丁目13番地１ 株式 会社タイテック内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空中に形成される実像を照射し得る位置
   に発光素子が設けてあり、結像手段と元絵との間にハー
   フミラーが設けてあるタッチレススイッチにおいて、 前記元絵を含む面と前記ハーフミラーを含む面の為す二
   つの角のうち、鋭角のほうの角が４５度未満になるよう
   に、前記結像手段及び前記元絵を設置し、 前記結像手段の端面を垂直に通過して前記ハーフミラー
   へ向かう光線が前記ハーフミラーで反射して進む方向の
   所定の位置に受光素子を設けたことを特徴とするタッチ
   レススイッチ。