JPH11134984A - 防水性を有するタッチレススイッチユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 タッチレススイッチを複数個、配列して使用
するタッチレススイッチユニットに防水性を付与する。 【解決手段】 タッチレススイッチの各結像手段（３
１、３２、３３）と各実像（２１ａ、２２ａ、２３ａ）
との間に１枚の透明板１０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し、防水性を
有するタッチレススイッチユニットに関する。

【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】このようなタッチレススイッチは、一個の
タッチレススイッチ単独で使用することはまれであり、
通常は、所定個数のタッチレススイッチを組み合わたス
イッチユニットとして使用する。タッチレススイッチま
たはタッチレススイッチユニットは、水（水滴）が掛か
る環境で使用されることもあり、この場合は、当然、タ
ッチレススイッチ、特に、その上面部は、防水構造とす
ることが求められていた。

【０００９】従来のタッチレススイッチにおいて防水性
能を持たせようとするなら、個々のタッチレススイッチ
を防水構造とする必要があり、タッチレススイッチがコ
スト高となる要因となっていた。一般に、押しボタンス
イッチやタッチレススイッチのように、キートップ部上
面の開口が大きく、キートップ部前面が操作箇所となっ
ているスイッチを防水構造とするのは難しいからであ
る。

【００１０】図３は、従来のタッチレススイッチの模式
図である。従来のタッチレススイッチを防水構造とする
場合、透明板１０ａとハウジング８の接合部に、例えば
パッキン（図示せず）をするなどして防水構造とするわ
けであるが、経年変化により防水構造が劣化して水が侵
入してくる恐れがあるとともに、防水機能をより高度な
ものにしようとすればするほど、コストが掛かることに
なっていた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、タッ
チレススイッチユニットに簡単な構造で低コストでもっ
て、防水性を付与するとともに、該防水性を有するタッ
チレススイッチユニットを被検出物を検出する際におけ
る確実性に優れたタッチレススイッチユニットとするこ
とにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる防水性を
有するタッチレススイッチユニットは、次のようなもの
である。

【００１３】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、各々のタッチレススイッチの結
像手段と実像との間に一枚の透明板を設けて各結像手段
と対応する各実像との間を仕切るとともに、前記透明板
は、前記各々のタッチレススイッチへ水が掛かることを
防止するように設置している。

【００１４】前記透明板の設置について補足して説明を
加える。前記透明板は、タッチレススイッチ群を収納す
る、例えば箱状のケースに、前記透明板の周囲をシール
して設置すればよい。タッチレススイッチ群に直接、水
または水滴が掛からないようにするわけである。

【００１５】請求項２の発明は、請求項１の防水性を有
するタッチレススイッチユニットにおいて、前記各々の
タッチレススイッチが有する発光素子からの光が被検出
物で反射してきた光を前記各々のタッチレススイッチが
有する受光素子が検出しうる範囲の限界付近に前記透明
板を設けたものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】先ず、請求項１の発明について説
明する。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、各タッチレス
スイッチユニット毎に設けられ、各スイッチ毎の元絵の
実像、すなわち空中に形成されたスイッチ毎の各キーを
それぞれ照射できるように設定されている。なお、一つ
の発光素子は、空中の対応する一つ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、各発光素子
は、空中に表示される対応するそれぞれのキー（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。

【００１７】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度またはなるべく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４
５度以下の傾きで設置する。

【００１８】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。

【００１９】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、本発明に係わるタッチレススイッチ
ユニットが構成される。一般にスイッチというものは、
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。なお、本発明
に係わる防水性を有するタッチレススイッチユニットを
収納するケースの形状については、タッチレススイッチ
ユニットを搭載しようとする機器毎に、当業者が適宜、
勘案するべき問題であるが、一般的には、上面が開放さ
れた箱状のケースを使用すること推奨される。このケー
スの上面に前記透明板を設置して、タッチレススイッチ
ユニットに防水性を付与するわけである。

【００２０】請求項２の発明は、請求項１の防水性を有
するタッチレススイッチユニットにおいて、前記透明板
を設置する位置に特徴を持たせたものである。発光素子
から発した光は、被検出物、例えば指で反射して結像手
段、ハーフミラーを経て受光素子に達する。発光素子の
光を受光素子が検出できる限界の範囲というものが、当
然存在する。請求項２においては、前記透明板を各々の
結像手段と各々の空中のキーの間で、発光素子の光を受
光素子が検出できる限界付近に設置するものである。実
用上は、被検出物（例えば指）が前記透明板に接してい
る位置へ来た場合でも、受光素子が被検出物を検出でき
るようにしておけばよい。

【００２１】

【実施例】図２は、本発明に係わる防水性を有するタッ
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。

【００２２】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。

【００２３】ハウジング８の内部または外部に設置する
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、一
つのタッチレススイッチに設置する数、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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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、鋭角のほうの角がな
るべく４５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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】図１は、図２で示すようなタッチレススイ
ッチを例えば３個配列したタッチレススイッチユニット
の略縦断面図である。図１では、３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。

【００３２】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（２１ａ、２２ａ、２３ａ）
と結像手段（３１、３２、３３）との間に透明板１０を
設けたものである。透明板１０は、防水構造の一部を為
すように、すなわち、タッチレススイッチユニットに水
が掛からないように設置する。図１のように所定の形状
とサイズのケース１１の蓋として透明板１０を用いても
よい。多少の水または水滴がケース１１の内部に浸入し
たとしても、各タッチレススイッチのハウジングの内部
にまで侵入する危険性は格段に少なくなった。

【００３３】請求項２の発明は、図１において、透明板
１０を設置する位置を受光素子の検出限界付近にしたも
のである。今、空中の実像２１ａに着目すると、実像２
１ａの周囲に、指（被検出物）が有ったとすると、発光
素子（図示せず）からの光が該指で反射した光を受光素
子（図示せず）は、検出することができる。該指が実像
２１ａを突き抜けて、透明板１０に達したとしても、透
明板１０は、受光素子の検出限界付近に設けられている
ので、やはり、該指を検出できる。従って、指で実像を
指し示そうとした際に、確実にスイッチ入力を行わせる
ことができる防水性を有するタッチレススイッチユニッ
トを構成できる。

【００３４】

【発明の効果】本発明に係わる防水性を有するタッチレ
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。個々のタッチ
レススイッチの防水性を考慮することなく、タッチレス
スイッチユニット全体を、各結像手段（３１、３２、３
３）と実像（２１ａ、２２ａ、２３ａ）との間を１枚の
透明板１０で仕切ることにより、簡単な構造で、かつ低
コストで、タッチレススイッチユニットに防水性を付与
することができる。また、前記透明板を、各受光素子の
検出限界付近に設置することにより、検出の確実性、す
なわち、空中のキーに触れようと操作したときに、確実
にスイッチ入力を行わせることができる、言いかえれ
ば、一度の操作でスイッチ入力を行わせることができる
防水性を有するタッチレススイッチユニットを提供する
ことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】タッチレススイッチユニットの略縦断面図

【図２】本発明に係わる防水性を有するタッチレススイ
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 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 ハウジング ９ 結像手段固定部材 １０、１０ａ 透明板 １１ ケース ２１、２２、２３ 本絵 ２１ａ、２２ａ、２３ａ 実像 ３１、３２、３３ 結像手段

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、 各々のタッチレススイッチの結像手段と各実像との間に
   一枚の透明板を設けて各結像手段と対応する各実像との
   間を仕切るとともに、 前記透明板は、前記各々のタッチレススイッチへ水が掛
   かることを防止するように設置する防水性を有するタッ
   チレススイッチユニット。
2. 【請求項２】 前記各々のタッチレススイッチが有する
   発光素子からの光が被検出物で反射してきた光を前記各
   々のタッチレススイッチが有する受光素子が検出しうる
   範囲の限界付近に前記透明板を設けたことを特徴とする
   請求項１の防水性を有するタッチレススイッチユニッ
   ト。