(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスプレイ画面等の表示物を物体としたとき、前記物体を空間へ像として伝送するとともに、該像もしくは該像の所定領域へ侵入または接近してくる被検出物を非接触式の検出手段で検出し、所定の検出信号を出力するスイッチ装置において、
前記物体の上方の所定位置、すなわち前記物体を空間へ正立等倍の像として結像させることができる位置にレンズ部材を少なくとも１個以上設置し、
前記各々のレンズ部材には、プレートの所定部位もしくは全体に複数の微小なレンズをマトリクス状に配置したマイクロレンズプレートを互いに平行に所定間隔だけ距離を保って３個具備させたことを特徴とするマイクロレンズプレートを用いたタッチレスパネルスイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、マイクロレンズプレートを用いたタッチレスパネルスイッチに関し、空間に種々のキーを表示し、該キーを選択することにより、画面の切り換えを行うタッチレスパネルスイッチの改良発明に関するものである。
なお、本明細書におけるレンズという用語は、凸レンズのことを意味するものとし、マイクロ凸レンズのことをマイクロレンズと呼称することにする。
【０００２】
【従来の技術】
本発明の発明者等のうちの一人は、先に、屈折率分布型レンズ素子を用いることにより、ディスプレイの画面を空間に結像させ、該像を視認し、物体検出手段により、該像に侵入してきた物体（指など）を検出することができるタッチレスパネルスイッチを提案している（特願平６−３３３７２７号参照）。
【０００３】
屈折率分布型レンズ素子というのは、グレーデッドインデクス型の光ファイバロッドレンズをマトリクス状に配列した光学素子であり、所定位置にある物体を所定位置へ正立等倍の実像として結像させる素子である。
【０００４】
この屈折率分布型レンズ素子は、１本１本の光ファイバロッドレンズを束ねて、接着剤で固定させ、所定の長さで切り、ブロック状になった光ファイバロッドレンズの束を、両端面を研磨して製作する。
【０００５】
従来のタッチレスパネルスイッチは、その構成要素である屈折率分布型レンズ素子の製作コストが高いため、タッチレスパネルスイッチの価格が高いものになってしまうという欠点があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、屈折率分布型レンズ素子を使用することなく、タッチレスパネルスイッチを実現することであり、マイクロレンズプレートを用いたタッチレスパネルスイッチを提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わるマイクロレンズプレートを用いたタッチレスパネルスイッチは、上記した目的を達成したもので、次のようなものである。
ディスプレイ画面等の表示物を物体としたとき、前記物体を空間へ像として伝送するとともに、該像もしくは該像の所定領域へ侵入または接近してくる被検出物を非接触式の検出手段で検出し、所定の検出信号を出力するスイッチ装置において、前記物体の上方の所定位置、すなわち前記物体を空間へ正立等倍の像として結像させることができる位置にレンズ部材を少なくとも１個以上設置し、前記各々のレンズ部材には、プレートの所定部位もしくは全体に複数の微小なレンズをマトリクス状に配置したマイクロレンズプレートを互いに平行に所定間隔だけ距離を保って３個具備させたことを特徴としている。
【０００８】
ここで、複数の微小なレンズをマトリクス状に配置するというのは、１枚のプレートの上面または下面に、所定サイズの球面（つまりレンズ）を所定の配列の仕方で、該球面の外周部が互いに接するかもしくは近接するかして充填するということである。レンズの配列の仕方としては、例えば格子状または俵積み状などが推奨できる。
【０００９】
【作用】
本発明においては、文字、絵または図形等の表示物（物体）の種類が何であっても、その作用は同様であるので、以下の記述では、該表示物としてディスプレイ画面を取り上げて説明するが、該表示物は、ディスプレイ画面でなくてもよいことはもちろんである。
【００１０】
ディスプレイ画面を空間のある平面へ結像させて視認するタッチレスパネルスイッチの結像（イメージ伝送）手段を単独のレンズで実現することを考えた場合、画面（画像）の伝送範囲は、レンズの口径で決まり、伝送する画面の該レンズからの距離及び伝送された像の該レンズからの距離は、レンズの焦点距離で決まることを考慮する必要がある。
【００１１】
ディスプレイ画面の上方の所定の位置に第１のレンズを設置すると、該第１のレンズの上方の所定位置に、該第１のレンズの口径に応じて、該ディスプレイ画面の所定領域の画像が倒立して結像する。つまり、ディスプレイ画面の倒立実像が形成される。この倒立実像を第２のレンズにより、所定位置へ写像すると、ディスプレイ画面の正立実像が所定位置に形成される。
【００１２】
従って、タッチレスパネルスイッチの結像手段に、第１のレンズを使えば画面の倒立実像が、第１及び第２のレンズを使えば画面の正立実像が、空間の所定平面（像面と称することにする）に得られる。
【００１３】
ところで、ディスプレイ画面から該ディスプレイ画面が結像した位置（すなわち、像面）までの距離を短くし、タッチレスパネルスイッチ全体のサイズを小さくするためには、焦点距離の短いレンズを使う必要がある。焦点距離の短いレンズは、球面の曲率が小さいレンズということであり、レンズの口径も小さいということである。
従って、焦点距離の短いレンズを使えば使うほど、画面の伝送範囲が小さくなってしまう。
【００１４】
本発明は、この矛盾する難問を３枚のマイクロレンズプレートを使用することにより解決したものである。各々のマイクロレンズプレートを構成する各々の微小レンズは、同じ口径、同じ球面の曲率を有する。
【００１５】
ディスプレイ画面の上方、所定位置に設置された第１のマイクロレンズプレートを通過した該ディスプレイ画面の光線は、第１のマイクロレンズプレートの上方の所定位置へ微小レンズ毎に倒立実像として形成される。
【００１６】
第１のマイクロレンズプレートを構成する微小レンズを小さくすればするほど、第１のマイクロレンズプレートを設置する位置は、ディスプレイ画面に近づけることができる。また、伝送する画面の範囲を広くしたい場合は、配列する微小レンズの数を増やすことで容易に実現できる。
【００１７】
第１のマイクロレンズプレートにより形成された像は、各々の微小レンズが所定範囲のディスプレイ画面を該微小レンズ毎に倒立させて結像させたものであるから、元のディスプレイ画面の画像とは、全く異なるものである。このままでは、像面において結像させたとしても、該画像の意味を理解できないので、第１のマイクロレンズプレートの上方、所定の位置に第２のマイクロレンズプレートを設置する。第１のマイクロレンズプレートと第２のマイクロレンズプレートは、全く同じもので良い。
【００１８】
第２のマクロレンズプレートを設置する位置は、第１のマイクロレンズプレートから第１のマイクロレンズプレートによるディスプレイ画面の伝送像までの距離の２倍の距離だけ、第１のマイクロレンズプレートから離れた位置である。
【００１９】
上述したように、第１のマイクロレンズプレートにより結像した像は、第２のマイクロレンズプレートを構成する個々の微小レンズにより、所定位置へ倒立の実像として、写像される。従って、ディスプレイ画面は、その所定領域毎に、第１のマイクロレンズプレートを構成する個々のレンズによって、倒立像として伝送され、該伝送された個々の倒立像は、第２のマイクロレンズプレートを構成する個々の微小レンズによって、該個々の倒立像毎に反転して結像される。
【００２０】
すなわち、ディスプレイ画面は、第１及び第２のマイクロレンズプレートを介して、正立の実像として所定位置へ写像される。逆に言うと、第１及び第２のマイクロレンズプレートは、ディスプレイ画面を所定位置へ１対１で、すなわち正立等倍の実像として写像し得る位置へ設置するということである。
【００２１】
ディスプレイ画面が正立等倍の実像として写像される空間の所定領域、すなわち像面へ侵入してくる被検出物を非接触で検出することができる検出手段を設けておけば、タッチレスパネルスイッチを構成することができる。
【００２２】
ところで、本発明に係わるマイクロレンズプレートを用いたタッチレスパネルスイッチにおいては、レンズ部材は、３個のマイクロレンズプレートを備えている。
【００２３】
第３のマイクロレンズプレートは、上述した第１及び第２のマイクロレンズプレートと同じもので、第１のマイクロレンズプレートにより、ディスプレイ画面が写像される位置に設けるものとする。つまり、第１と第２のマイクロレンズプレートの中間の位置に設ける訳である。
【００２４】
第３のマイクロレンズプレートをこの位置に設けることにより、ディスプレイ画面を発した光は、第１のマイクロレンズプレートを経て、第３のマイクロレンズプレートにより進行方向を調整され、第２のマイクロレンズプレートによって、所定位置へ結像される。
【００２５】
つまり、第１のマイクロレンズプレートのある微小レンズを通過した光線は、光線の進行方向調整用の第３のマイクロレンズプレートにより、該光線は全て、第２のマイクロレンズプレートの所定微小レンズに導かれる。
この、第２のマイクロレンズプレートの微小レンズは、前記第１のある微小レンズの直上に位置している微小レンズである。
【００２６】
従って、第１及び第２のマイクロレンズプレートの中間の位置に第３のマイクロレンズプレートを設けることによって、像面において視認できるディスプレイ画面の画像の明るさを増すことができるとともに、第１のマイクロレンズプレートの隣接し合う微小レンズ間を通過する光線の相互干渉を防止することができ、像面で視認できる像の解像度が上がり、実用上、使用に耐えられるタッチレスパネルスイッチを提供できる。
【００２７】
【実施例】
図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図１は、本発明に係わるマイクロレンズプレートを用いたタッチレスパネルスイッチの一実施例を示す略体斜視図である。
【００２８】
図１では、１個のレンズ部材２しか示していないが、レンズ部材２は、一つのディスプレイ１に対してレンズ部材の端面２ｄが所望のサイズのものを２個以上設けるようにしてもよい。
【００２９】
ディスプレイ１の上方、所定の位置にレンズ部材２が設置されている。レンズ部材２は、互いに平行で所定間隔離れた３枚のマイクロレンズプレートを具備しており、第１のマイクロレンズプレート２ａは、ディスプレイ画面１ａに向き合って平行に設置されている。
【００３０】
第３のマイクロレンズプレート２ｃは、第１のマイクロレンズプレート２ａと第２のマイクロレンズプレート２ｂの中間に位置している。
すなわち、ディスプレイ画面１ａ、各々のマイクロレンズプレート（２ａ〜２ｃ）は、ディスプレイ画面１ａに表示される画像が各々のマイクロレンズプレート（２ａ〜２ｃ）により、正立等倍の実像として、所定位置（像面）において結像するように、それぞれ設置する。
【００３１】
具体的には、各々のマイクロレンズプレート（２ａ〜２ｃ）の焦点距離により、ディスプレイ画面１ａと各々のマイクロレンズプレート（２ａ〜２ｃ）との位置関係は定められ、像面１ｂの位置も与えられることになる。
【００３２】
第１のマイクロレンズプレート２ａと第３のマイクロレンズプレート２ｃとの間及び第３のマイクロレンズプレート２ｃと第２のマイクロレンズプレート２ｂとの間の媒質は、空気でよい。つまり、何も充填しなくて良い。或いは、ガラス、樹脂等で、均一な組成の透明度の高い材料であれば、それらの材料を充填しても良い。
【００３３】
ディスプレイ画面１ａは、レンズ部材２により正立等倍の像として、所定の位置へ写像される。レンズ部材２の上方、像面１ｂの周囲には、非接触式検出手段３が設置されている。
【００３４】
非接触式検出手段３に何を使うかは当業者の設計上の選択事項であるが、例えば光センサまたは超音波センサなどを使用することができる。
図１においては、透過式の光センサでマトリクスを組んで、座標を検出できるようにしたことを示している。
【００３５】
なお、前述したように、各々のマイクロレンズプレート（２ａ〜２ｃ）は、同じもので、第１のマイクロレンズプレート２ａは、ディスプレイ画面１ａの反転（倒立実像形成）用であり、第２のマイクロレンズプレート２ｂは、反転したディスプレイ画面を再度反転させて、ディスプレイ画面１ａの正立の実像を像面１ｂにおいて形成させるためのものであり、第３のマイクロレンズプレート３ｃは、第１のマイクロレンズプレート２ａを通過した光線を所定方向に導く光線の進行方向調整用である。
【００３６】
図１では示していないレンズ部材２及び非接触式検出手段３の設置方法は、当業者の設計上の選択事項であるが、一例を後述する。
【００３７】
図２は、本発明に係わるマイクロレンズプレートを用いたタッチレスパネルスイッチの一実施例を示す略体縦断面図で、レンズ部材２を透明板４上に設置し、非接触式検出手段３を支持材５で保持したことを示したものである。
【００３８】
図３は、本発明に係わるマイクロレンズプレートを用いたタッチレスパネルスイッチの一実施例を示す略体縦断面図であり、非接触式検出手段３として反射式の光センサを用いたことを示したものである。
【００３９】
このように、発光素子３ａからの光線を、該光線が指で反射した後、レンズ部材を介してディスプレイ画面１ａ上に近接するかもしくは接して設けられた受光素子３ｂで受信するようにしてもよい。
【００４０】
【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、以下に記載されるような効果を奏する。
屈折率分布型レンズ素子を使用することなく、マイクロレンズプレートを３枚具備したレンズ部材を用いて、ディスプレイ画面等の物体の正立等倍の像を空間において視認できる。
【００４１】
マイクロレンズプレートは、射出成型で大量かつ容易に製作することもできるので、従来の屈折率分布型レンズ素子を用いたタッチレスパネルスイッチよりも安価なマイクロレンズプレートを用いたタッチレスパネルスイッチを提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるマイクロレンズプレートを用いたタッチレスパネルスイッチの一実施例を示す略体斜視図
【図２】本発明に係わるマイクロレンズプレートを用いたタッチレスパネルスイッチの一実施例を示す略体縦断面図
【図３】本発明に係わるマイクロレンズプレートを用いたタッチレスパネルスイッチの一実施例を示す略体縦断面図
【符号の説明】
１  ディスプレイ
１ａ  ディスプレイ画面（画素面）
１ｂ  像面（像）
２  レンズ部材
２ａ  第１のマイクロレンズプレート
２ｂ  第２のマイクロレンズプレート
２ｃ  第３のマイクロレンズプレート
２ｄ  レンズ部材の端面
３  非接触式検出手段
３ａ  発光素子
３ｂ  受光素子
４  透明板
５  支持材
６  ディスプレイのフェースガラス
７  指
【図１】
0003622095.tif 000002
【図２】
0003622095.tif 000003
【図３】
0003622095.tif 000004