JP7693033B2 - 非接触式ボタン - Google Patents

Description

本発明はボタンに関するものであり、特に非接触式ボタンに関する。

ボタンは、現在非常に一般的な入力装置である。小型の電子機器から大型の機器まで、制御用のボタンが見られる。その中で、非接触式ボタンは、利用者がボタン自体に触れずに近くにいるだけで操作信号を生成できるため、より衛生的な利点がある。

現在、立体映像を表示できる非接触式ボタンは、主に赤外線センサ（ＩＲ Ｓｅｎｓｏｒ）を備えた赤外線検知式ボタンが主流である。しかし如何に赤外線センサの感度を十分確保して、誤動作を起こさないようにするかは大きな課題である。

本発明は、機構が簡単で組み立てが容易であり、また、一定の感度を持ち、安定して検知信号を生成できる非接触式ボタンを提供する。

上記の利点を実現するために、本発明の一実施例は、基板、筐体、第１発光ユニット、光学像形成アセンブリ、光学スイッチアセンブリを備える非接触式ボタンを提供する。筐体は基板に取り付けられ、筐体の基板から離れた側には開口がある。第１発光ユニットは筐体に収容される。光学像形成アセンブリは筐体内に設置され、第１発光ユニットを覆い、第１発光ユニットが提供する第１光束を開口から投射される立体光学像に変換することができる。光学スイッチアセンブリは、第２発光ユニットと光学トリガスイッチを備え、光学トリガスイッチは第２発光ユニットから発せられる第２光束を検知した際に操作信号を生成でき、第２発光ユニットと光学トリガスイッチのうちの一方が基板に取り付けられ、筐体内に位置し、且つ開口に向かっており、他方が筐体上に取り付けられ、開口の隣に位置し、開口に向かっている。

本発明の一実施例において、前記筐体は、開口の一側に設置され、スロットが操作方向に傾斜して開口に向かっており、光学トリガスイッチまたは第２発光ユニットが設置される、設置溝を備える。

本発明の一実施例において、前記非接触式ボタンは、設置溝に取り付けられ、スロットに位置する、光学拡散ユニットを更に備える。

本発明の一実施例において、前記光学像形成アセンブリは、パターン素子とレンズアレイを備える。パターン素子は基板に対向し、予め設定されたパターンを備える。レンズアレイはパターン素子の基板から離れた側に配置され、第１光束がパターン素子とレンズアレイを通過した後に、立体光学像を形成する。

本発明の一実施例において、前記光学像形成アセンブリは更にコリメート部を備え、基板とパターン素子との間に配置され、第１光束をコリメート光ビームに変換することができる。

本発明の一実施例において、前記第２発光ユニットは赤外光発光ユニットであり、光学トリガスイッチは赤外線センサである。

上記の説明により、本発明の実施例である非接触式ボタンは、第２発光ユニットを使用し、第２発光ユニットから発せられる第２光束を検知すると光学トリガスイッチによって検知信号を生成することができ、また、第２発光ユニットと光学トリガスイッチのうちの一方が基板に設置され、他方が基板に取り付けられた筐体上に設置されることで、機構が簡単で組み立てが容易である。更に、基板に設置された第２発光ユニットまたは光学トリガスイッチは筐体の開口に向かって配置されており、より広範な作用範囲を持っているため、第２発光ユニットと光学トリガスイッチの作用範囲の重複領域が増加し、一定の感度を持ち、安定した検知信号を生成できる。

本発明の上述した、若しくはその他の目的、特徴、利点をより明確に理解できるように、以下に実施例を挙げ、添付された図面を参照しながら、以下のように詳しく説明する。

本発明の一実施例であるボタンの分解図である。 図１における光学像形成アセンブリが立体光学像を生成する時の動作を示す模式図である。 図１における光学スイッチアセンブリが作動している時の概略図である。 図１における光学スイッチアセンブリが作動している時の検知範囲を示す 概略図である。 本発明の一実施例である光学スイッチアセンブリが作動している時の検知範 囲を示す概略図である。

以下の文章では、本発明の実施例に基づく記述で使用される用語、例えば、「上」「下」などの方向や位置関係の記述は図面に示された方向や位置関係に基づいている。上記の用語は本発明を説明するための便宜的なものに過ぎず、本発明を限定するものではなく、言及された要素が特定の方向で構築されなければならないことを指示または暗示していない。また、本明細書または特許請求の範囲で言及されている「第１」、「第２」などの用語は、要素（ｅｌｅｍｅｎｔ）の名前を付けるか、異なる実施例や範囲を区別するためにのみ用いられ、要素の数に上限または下限を設けるために使用されていない。

図１は、本発明の一実施例であるボタンの分解図である。図２は、図１における光学像形成アセンブリが立体光学像を生成する時の動作を示す模式図である。図３Ａは、図１における光学スイッチアセンブリが作動している時の概略図である。図１から図３Ａに示すように、本発明の実施例が提供する非接触式ボタン１は、基板２、筐体３、第１発光ユニット４、光学像形成アセンブリ５、光学スイッチアセンブリ６を備える。筐体３は基板２に取り付けられ、筐体３の基板２から離れた側には開口３１がある。第１発光ユニット４は筐体３に収容される。光学像形成アセンブリ５は筐体３内に設置され、第１発光ユニット４を覆い、第１発光ユニット４が提供する第１光束Ｌ１を開口３１から投射される立体光学像Ｐに変換することができる。光学スイッチアセンブリ６は、第２発光ユニット６１と光学トリガスイッチ６２を備え、光学トリガスイッチ６２は第２発光ユニット６１から発せられる第２光束Ｌ２を検知した際に操作信号（図示せず）を生成でき、第２発光ユニット６１と光学トリガスイッチ６２のうちの一方が基板２に取り付けられ、筐体３内に位置し、且つ開口３１に向かっており、他方が筐体３上に取り付けられ、開口３１の隣に位置し、開口３１に向かっている。

本実施例において、非接触式ボタン１は例えばエレベータのボタンであるが、これに限定されない。操作信号は例えばエレベータを操作するための信号であり、非接触式ボタン１が設置される装置の種類に応じて変更できる。筐体３の形状は例えば矩形であるが、非接触式ボタン１が必要とする形状に応じて変更できる。開口３１は筐体３の形状に対応する。また、図１に示すように、筐体３は例えば設置溝３２を備え、設置溝３２は開口３１の一側に設置され、設置溝３２のスロット３２１は、操作方向に傾斜して開口３１に向かっている。スロット３２１の開口（未表示）は、例えば光学像形成アセンブリ５の前に位置する。光学トリガスイッチ６２または第２発光ユニット６１は設置溝３２内に設置される。図１に示すように、本実施例において設置溝３２は１つであり、開口３１の側の縁に設置されるが、詳細な位置と数はこれに限られず、光学トリガスイッチ６２または第２発光ユニット６１の数に基づいて決定できる。

図１と図２に示すように、非接触式ボタン１には外枠７を更に備え、外枠７はラッチ７１によって筐体３に接続され、開口３１を覆い、外枠７の形状は筐体３の形状に対応しており、外枠７の開口３１のサイズは筐体３のサイズよりも僅かに小さく、光学像形成アセンブリ５が開口３１の方向に筐体３から脱落しないようにすることができる。外枠７には、設置溝３２のスロット３２１の位置に対応する通路７２が設置されている。これにより、第２光束Ｌ２は、通路７２を介して設置溝内に設置された第２発光ユニット６１または光学トリガスイッチ６２に出入りできる。

第１発光ユニット４は、例えば発光ダイオード（ｌｉｇｈｔ－ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ，ＬＥＤ）であり、その種類や発光色は限定されておらず、視覚と光学像形成アセンブリ５の必要に応じて選択できる。光学像形成アセンブリ５は、例えば数字やテキストなどの立体光学像Ｐを形成するために用いられるが、これに限定されない。本実施例において、光学像形成アセンブリ５の面積の大きさは、開口３１の面積に対応する。設置される際、光学像形成アセンブリ５は、例えば筐体３内に取り付けられるが、これに限定されない。

図２に示すように、本実施例において、光学像形成アセンブリ５は、パターン素子５１とレンズアレイ５２を備える。パターン素子５１は基板２に対向し、予め設定されたパターン（図示せず）を備える。予め設定されたパターンは、立体光学像Ｐの形状に対応する。つまり、パターン素子５１は、予め設定されたパターンによって、第１発光ユニット４からの第１光束Ｌ１の一部を遮断し、立体光学像Ｐの内容を決定する。レンズアレイ５２は、パターン素子５１の基板２から離れた側に配置され、例えば片面凸形状のレンズアレイ５２であるが、両凸形状のレンズアレイ５２でも構わず、実際の必要性に応じて選択できる。これにより、第１光束Ｌ１がパターン素子５１とレンズアレイ５２を通過した後に、非接触式ボタン１の前方（開口３１の前方）に視覚効果上結像された立体光学像Ｐを形成することができる。

図２に示すように、本実施例において、光学像形成アセンブリ５は、更にコリメート部５３を備える。コリメート部５３は、例えばフレネルレンズ（Ｆｒｅｓｎｅｌ Ｌｅｎｓ）であるが、これに限定されない。コリメート部５３は、基板２とパターン素子５１との間に配置され、第１発光ユニット４からの複数の第１光束Ｌ１を、大まかに開口３１の方向に向かうコリメート光ビームに変換し、最終的に生成される立体光学像Ｐの光強度を増加させることができる。

また、図１と図２に示すように、本実施例において、光学像形成アセンブリ５は更に圧板５４を備えることができる。圧板５４は、例えば透明アクリル板である。図１に示すように、圧板５４はレンズアレイ５２を覆い、レンズアレイ５２を保護して傷や汚れを防ぐために用いられる。

図１と図３Ａに示すように、本実施例において、光学スイッチアセンブリ６の第２発光ユニット６１は、例えば発光ダイオード（ｌｉｇｈｔ－ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ，ＬＥＤ）であり、具体的な種類としては、例えば赤外光を生成する赤外光発光ダイオード（Ｉｎｆｒａｒｅｄ ＬＥＤ，ＩＲ ＬＥＤ）であるが、これに限定されない。第２発光ユニット６１は、例えば基板２上に取り付けられ、開口３１の前方に向けて第２光束Ｌ２を投射する。第２発光ユニット６１の数と基板２上における具体的な位置は必要に応じて設置できる。第２発光ユニット６１から発せられる光は別の実施例における可視光である。第２発光ユニット６１は、立体光学像Ｐを生成するための光束の光源としても用いられる。光学トリガスイッチ６２は設置溝３２に取り付けられている。別の実施例では(図４を参照)、光学トリガスイッチ６２は基板２にも取り付けることができるが、その場合、第２発光ユニット６１は対応するように設置溝３２に付け替える必要がある。光学トリガスイッチ６２は、例えば赤外線センサであるが、第２光束Ｌ２の波長に応じて変更できる。第２光束Ｌ２の波長が、非接触式ボタン１が配置される環境に自然に存在しない場合、光学トリガスイッチ６２が環境の影響で生じる誤作動を減少させることができる。

図３Ａに示すように、利用者の指Ｆが非接触式ボタン１に近づくと、第２発光ユニット６１から発せられた第２光束Ｌ２は、先ず光学像形成アセンブリ５を通過し、次に利用者の指Ｆを照射して、その後、指Ｆの表面で反射されて光学トリガスイッチ６２に入射する。

また、光学像形成アセンブリ５は、双方向に光を透過可能な部材であるため、実施例では(図４を参照)、光学トリガスイッチ６２が基板２上に取り付けられ、第２発光ユニット６１から発せられた第２光束Ｌ２も、反射によって光学像形成アセンブリ５を透過し、光学トリガスイッチ６２に検知される。この場合光学像形成アセンブリ５に追加的な穿孔を特別に設ける必要はないが、これに限定されない。

本実施例の非接触式ボタン１は、第２発光ユニット６１と光学トリガスイッチ６２を両方基板２上には設置しないため、第２発光ユニット６１から発せられた第２光束Ｌ２が光学像形成アセンブリ５によって反射されて光学トリガスイッチ６２に誤動作を引き起こすことを避けることができる。

図３Ｂは、図１における光学スイッチアセンブリ６が作動している時の検知範囲を示す概略図である。図３Ｂを参照すると、図３Ｂは第２発光ユニット６１の作用範囲Ａ１（第２光束Ｌ２を投射できる範囲）、光学トリガスイッチ６２の作用範囲Ａ２（第２光束Ｌ２を検知できる範囲）、第２光束Ｌ２が指Ｆに反射された後に光学トリガスイッチ６２によって受信できる作用範囲Ａ３をそれぞれ示す。図３Ｂから、作用範囲Ａ３は作用範囲Ａ１と作用範囲Ａ２の重なり合う部分によって決まることが分かる。本実施例において、作用範囲Ａ１が作用範囲Ａ２よりも広範なため、非接触式ボタン１の検知感度は、主により小さな作用範囲Ａ２の大きさによって決まる。

図３Ｂから分かるように、このような配置により、基板２上に設置された部材は開口３１の大きさに制限されることなく、より広範な作用範囲Ａ１または作用範囲Ａ２を有することができる。例えば、基板２上の部材が第２発光ユニット６１である実施例では、より広範な投射面積を有し、基板２上の部材が光学トリガスイッチ６２である実施例では、より広範な検知面積を有する。本実施例では、第２発光ユニット６１と光学トリガスイッチ６２の両方が開口３１の一側には設置されないため（例えば、第２発光ユニット６１と光学トリガスイッチ６２は、開口３１の左右両側にそれぞれ配置される）、本実施例の非接触式ボタン１はより高い検知の安定性を有することができる。

また、図３Ｂに示すように、筐体３自体は、第１発光ユニット４、光学像形成アセンブリ５などの必要な部材を収容するために一定の高さを有する必要があるため、光学トリガスイッチ６２が筐体３上に取り付けられる場合、光学トリガスイッチ６２は立体光学像Ｐ（図示せず）に対してより近い位置にある。つまり、第２光束Ｌ２を反射する反射点が光学トリガスイッチ６２に対してより近いため、非接触式ボタン１はより良い検知感度を有する。この点から見て、第２発光ユニット６１が設置溝３２に設置される実施例（例えば図４の実施例）では、指Ｆ（反射点）が第２発光ユニット６１に近いため、反射される第２光束Ｌ２の強度は第２発光ユニット６１を追加せずに増強され、非接触式ボタン１は同様により優れた検知感度を有することができる。

また、前述の光学像形成アセンブリ５についての説明と同様に、本実施例において、第２発光ユニット６１から発せられる第２光束Ｌ２は、コリメート部５３を介して大まかに開口３１の前方に向かって投射されるコリメート光ビームに変換した後、開口３１の前方に投射される。つまり、コリメート部５３は立体光学像Ｐの光強度を増加させるだけでなく、第２発光ユニット６１が基板２上に設置される実施例では、開口３１の前方に投射される光強度を増加させ、また使用中に利用者の指Ｆに反射される第２光束Ｌ２の強度を向上させ、非接触式ボタン１の検知精度を向上させることができる。

更に、第２発光ユニット６１を基板２上に取り付け、開口３１の前方に投射する方法は、第２発光ユニット６１と光学トリガスイッチ６２を両方とも開口３１の隣に配置し、且つ対向する両側に位置させる方法よりも、利用者の指Ｆが非接触式ボタン１に過度に近づいた時に、利用者の指Ｆが第２光束Ｌ２を遮断して光学トリガスイッチ６２の検知する領域がちょうど指Ｆのバックライトによる影の部分に位置する可能性を回避できるため、非接触式ボタン１の検知精度が更に向上する。

図４は、本発明の一実施例における光学スイッチアセンブリ６が作動している時の検知範囲を示す概略図である。図４の実施例において、光学トリガスイッチ６２は例えば基板２上に設置され、第２発光ユニット６１は例えば設置溝３２内に設置される。非接触式ボタン１は、光学拡散ユニット８を更に備える。光学拡散ユニット８は、例えば設置溝３２内に取り付けられ設置溝３２のスロット３２１に位置する。

光学拡散ユニット８は例えば透明なアクリルブロックであり、第１端８１と第２端８２を有し、第１端８１は開口３１に近く、第２端８２は第２発光ユニット６１に近い。第１端８１には、例えば円弧状の凸面８３が形成される。これにより、第２発光ユニット６１から発せられる第２光束Ｌ２は、光学拡散ユニット８を介してより広範な範囲に拡散され、第２光束Ｌ２の拡散範囲は設置溝３２のスロット３２１の大きさにより制限されないようにすることができる。光学拡散ユニット８は、例えば第１端８１に光束を拡散するための艶消し表面が形成されるが、本発明は光学拡散ユニット８の具体的な構造を限定するものではない。

上記の説明により、本発明の非接触式ボタンは、第２発光ユニットを使用し、第２発光ユニットから発せられる第２光束を検知すると光学トリガスイッチによって検知信号を生成することができ、また、第２発光ユニットと光学トリガスイッチのうちの一方が基板に設置され、他方が基板に取り付けられた筐体上に設置されることで、機構が簡単で組み立てが容易である。更に、基板に設置された第２発光ユニットまたは光学トリガスイッチは筐体の開口に向かって配置されており、より広範な作用範囲を持っているため、第２発光ユニットと光学トリガスイッチの作用範囲の重複領域が増加し、一定の感度を持ち、安定した検知信号を生成できる。

以上、実施例を用いて本発明を開示したが、本発明はこれらに限定されるものではない。当業者は、本発明の精神範囲から逸脱することなく、いくつかの変更修飾を行うことができる。したがって、本発明の保護範囲は、添付の特許請求の範囲により限定されるものとする。

１：非接触式ボタン
２：基板
３：筐体
３１：開口
３２：設置溝
３２１：スロット
４：第１発光ユニット
５：光学像形成アセンブリ
５１：パターン素子
５２：レンズアレイ
５３：コリメート部
５４：圧板
６：光学スイッチアセンブリ
６１：第２発光ユニット
６２：光学トリガスイッチ
７：外枠
７１：ラッチ
７２：通路
８：光学拡散ユニット
８１：第１端
８２：第２端
８３：円弧状の凸面
Ｌ１：第１光束
Ｌ２：第２光束
Ａ１：作用範囲
Ａ２：作用範囲
Ａ３：作用範囲
Ｐ：立体光学像
Ｆ：指

Claims (5)

1. 基板と、
   前記基板に取り付けられ、前記基板から離れた側に開口を有する筐体と、
   前記筐体に収容された第１発光ユニットと、
   前記筐体内に設置され、前記第１発光ユニットを覆い、前記第１発光ユニットが提供する第１光束を前記開口から投射される立体光学像に変換することができる光学像形成アセンブリと、
   前記基板に取り付けられ、前記筐体内に位置し、且つ前記第１光束とは異なる第２光束を前記開口に向けて発する第２発光ユニットと、前記開口に向くように前記開口に隣接させて前記筐体上に取り付けられ、前記第２光束を検知すると操作信号を生成できる光学トリガスイッチと、を備える光学スイッチアセンブリと、
   を備え、
   前記光学像形成アセンブリは、前記第２光束が通過するコリメート部を備えることを特徴とする非接触式ボタン。
2. 前記筐体が、前記開口の一側に設置され、スロットが操作方向に傾斜し、前記開口に向かっており、前記光学トリガスイッチが設置される、設置溝を備えることを特徴とする請求項１に記載された非接触式ボタン。
3. 前記光学像形成アセンブリが、
   前記基板に対向し、前記立体光学像の形状に対応するように予め設定されたパターンを備えるパターン素子と、
   前記パターン素子の前記基板から離れた側に配置されるレンズアレイであって、前記第１光束が前記パターン素子と前記レンズアレイを通過した後に前記立体光学像を形成するレンズアレイと、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載された非接触式ボタン。
4. 前記コリメート部は、前記基板と前記パターン素子との間に配置され、前記第１光束をコリメート光ビームに変換できることを特徴とする請求項３に記載された非接触式ボタン。
5. 前記第２発光ユニットは赤外光発光ユニットであり、前記光学トリガスイッチは赤外線センサであることを特徴とする請求項１に記載された非接触式ボタン。