(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自照機構を備えた、物体の面への接触により動作する自照型タッチスイッチにおいて、
光線を発生する光源と、
前記光線を平行化して第１方向に進む平行光線を生成し、かつ第２方向に進む光の焦点として、前記光源が設置される位置にある第１焦点と、第２焦点とを形成する第１レンズと、
前記平行光線を１つの面に集束し、前記面に物体が実質的に接触したときに前記面が前記平行光線を散乱させて前記第１レンズに散乱光を与えるようにするための第２レンズと、
前記第２焦点に設置され、前記自照型タッチスイッチが前記面への接触に応じて動作するように前記散乱光を検出する検出器とを有することを特徴とする自照型タッチスイッチ。
【請求項２】
前記第１レンズ及び前記第２レンズが、マイクロオプティック小レンズと第１及び第２モノリシック小レンズモジュールの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１に記載の自照型タッチスイッチ。
【請求項３】
前記第１レンズと前記第２レンズの少なくとも一方が、１枚の基板上に形成されることを特徴とする請求項２に記載の自照型タッチスイッチ。
【請求項４】
前記検出器が、前記面への接触に関連する前記自照型タッチスイッチの誤動作を低減せしめ、周囲光の影響を低減せしめるためのフィルタリング手段を有することを特徴とする請求項１に記載の自照型タッチスイッチ。
【請求項５】
前記フィルタリング手段が、前記光源から前記検出器に向けて発せられる光エネルギーのスペクトルの帯域を選択的に透過させるノッチフィルタを含むことを特徴とする請求項４に記載の自照型タッチスイッチ。
【請求項６】
前記検出器が発光ダイオード検出器を含むことを特徴とする請求項１に記載の自照型タッチスイッチ。
【請求項７】
前記光源が発光ダイオードを含むことを特徴とする請求項１に記載の自照型タッチスイッチ。
【請求項８】
前記第１レンズと前記第２レンズの少なくとも一方が、ホログラフィック光学素子（HOE）を含むことを特徴とする請求項１に記載の自照型タッチスイッチ。
【請求項９】
第１光線を発生する第１光源と、
第２光線を発生する第２光源と、
第１小レンズ群と、
第２小レンズ群と、
第１検出器と、
第２検出器とを有する、物体の配置に応じて動作する位置応動スイッチにおいて、
前記第１小レンズ群が、
前記第１光線を平行化して第１方向に進む第１平行光線を生成し、かつ第２方向に進む光の焦点として、前記第１光源が設置される位置にある第１焦点と第３焦点とを形成する、それぞれ第１直径を有する複数のレンズからなる第１レンズグループと、
前記第２光線を平行化して前記第１方向に進む第２平行光線を与え、かつ前記第２方向に進む光の焦点として、前記第２光源が設置される位置にある第２焦点と第４焦点とを形成する、それぞれ第２直径を有する複数のレンズからなる第２レンズグループとを有することを特徴とし、
前記第２小レンズ群が、
前記第１平行光線を第１検知点に集束し、前記第１検知点に物体が配置されたときに前記第１平行光線が実質的に散乱して、第１散乱光再平行化光線を与えるようにするための第３レンズグループと、
前記第２平行光線を第２検知点に集束し、前記第２検知点に物体が配置されたときに前記第２平行光線が実質的に散乱して、第２散乱光再平行化光線を与えるようにするための第４レンズグループとを有することを特徴とし、
前記第１検出器が前記第３焦点に配置され、前記第１散乱光再平行化光線を検出することを特徴とし、
前記第２検出器が前記第４焦点に配置され、前記第２散乱光再平行化光線を検出することを特徴とし、
前記第１散乱光再平行化光線及び前記第２散乱光再平行化光線の少なくとも一方の検出に応じて動作することを特徴とする位置応動スイッチ。
【請求項１０】
前記第１小レンズ群及び前記第２小レンズ群が、一体的なモノリシック小レンズモジュールを含むことを特徴とする請求項９に記載の位置応動スイッチ。
【請求項１１】
前記第１小レンズ群と前記第２小レンズ群の少なくとも一方が、１枚の基板上に形成されることを特徴とする請求項９に記載の位置応動スイッチ。
【請求項１２】
前記第１平行光線と前記第２平行光線との間、及び前記第１散乱光再平行化光線と前記第２散乱光再平行化光線との間の光漏れ防止手段を更に有することを特徴とする請求項９に記載の位置応動スイッチ。
【請求項１３】
前記光漏れ防止手段が、不透明なセグメント間遮光板を含むことを特徴とする請求項12に記載の位置応動スイッチ。
【請求項１４】
前記第１検出器及び前記第２検出器が、前記物体の配置に関連する前記位置応動スイッチの誤動作を低減せしめ、周囲光の影響を低減せしめるためのフィルタリング手段を有することを特徴とする請求項９に記載の位置応動スイッチ。
【請求項１５】
前記フィルタリング手段が、前記第１光源及び前記第２光源から前記第１検出器及び前記第２検出器に向けて発せされる光エネルギーのスペクトルの帯域を選択的に透過させるノッチフィルタを含むことを特徴とする請求項14に記載の位置応動スイッチ。
【請求項１６】
前記第１検出器及び前記第２検出器の少なくとも一方が発光ダイオード検出器を含み、前記第１光源及び前記第２光源の少なくとも一方が発光ダイオードを含むことを特徴とする請求項９に記載の位置応動スイッチ。
【請求項１７】
前記第１小レンズ群及び前記第２小レンズ群の少なくとも一方が、ホログラフィック光学素子（HOE）を含むことを特徴とする請求項９に記載の位置応動スイッチ。
【請求項１８】
複数の光線を発生する複数の光源と、
直径の等しい複数の第１レンズを含む第１小レンズ群と、
直径の等しい複数の第２レンズを含む第２小レンズ群と、
複数の検出器とを有する、物体の配置に応じて動作する位置応動スイッチにおいて、
前記第１小レンズ群において、前記複数の第１レンズのそれぞれが、前記複数の光線を平行化して第１方向に進む複数の平行光線を生成し、かつ、第２方向に進む光の焦点として、前記複数の光源のそれぞれが配置される位置にある複数の対になった焦点の組を形成することを特徴とし、
前記第２小レンズ群において、前記複数の第２レンズのそれぞれが、前記複数の平行光線を検知点に集束して複数の検知点が生成されるようにし、前記複数の第２レンズのそれぞれに関連する前記検知点の１つに物体が配置されたときに、前記複数の第２レンズのそれぞれに対して散乱光が与えられることを特徴とし、
前記複数の検出器が前記散乱光を検出し、前記散乱光の検出に応じて動作することを特徴とする位置応動スイッチ。
【請求項１９】
前記第１小レンズ群及び前記第２小レンズ群が、一体的なモノリシック小レンズモジュールを含むことを特徴とする請求項18に記載の位置応動スイッチ。
【請求項２０】
前記第１小レンズ群及び前記第２小レンズ群が、１枚の基板上に形成されることを特徴とする請求項19に記載の位置応動スイッチ。
【請求項２１】
前記複数の平行光線の第１の平行光線と第２の平行光線との間の光漏れ防止手段を更に有し、
前記光漏れ防止手段が、不透明なセグメント間遮光板を含むことを特徴とする請求項18に記載の位置応動スイッチ。
【請求項２２】
前記検出器が、前記物体の配置に関連する前記位置応動スイッチの誤動作を低減せしめ、周囲光の影響を低減せしめるためのフィルタリング手段を有し、前記フィルタリング手段が、前記光源から前記検出器に向けて発せされる光エネルギーのスペクトルの帯域を選択的に透過させるノッチフィルタを含むことを特徴とする請求項18に記載の位置応動スイッチ。
【請求項２３】
前記第１小レンズ群及び前記第２小レンズ群の少なくとも一方が、ホログラフィック光学素子（HOE）を含むことを特徴とする請求項18に記載の位置応動スイッチ。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は光学機器に関し、特に自照型（self illuminating）光電タッチスイッチに関する。
背景技術
光電スイッチの分野においては、従来よりいくつかの型の設計が知られている。
光電スイッチの第１のクラスのものは、スイッチ内部における反射光を利用している。このような装置の例には、ザウアー（Sauer）により提案された米国特許第,340,813号のスイッチ、及び1975年７月発行のIBM技術公開報（IBM Technical Disclosure Bulletin）Vol.18,No.2の483頁に記載されたユーバーバッハー（Uberbacher）のスイッチがあり、これらの装置では光路を変向するのに表面膜等の要素の物理的な動きを利用している。これによりスイッチングの特性が変化するのである。
このような構成には、いくつかの欠点が知られている。第１に、このスイッチは外部光線の影響は受けずにすむが、操作部位または接触／接触検出部位が著しく限定されてしまう。更に、これらのアプローチでは製造許容差上の制約が要求される。更に、これらの設計では、近接センシング機能への拡張ができない。最後に、これらの設計は、操作面（actuation surface）とスイッチ機構の間での選択を行うことができない。
光電スイッチの第２のクラスのものには、ボルクストロム（Borqstrom）により提案された米国特許第4,254,333号及び米国特許第4,814,600号のスイッチ、及びウダロフ（Udalof）等により提案された、ソビエト連邦特許特許第636,803号のスイッチがあり、これらのスイッチは、全内反射フラストレーション（the frustration of total internal reflection）（“FTIR"）を利用している。これらのデバイスは、光学的光線の内反射を遮るために、反射面に物理的に接触する必要がある。
第１のクラスのスイッチの場合のように、FTIRスイッチには固有の限界がある。第１に、FTIRデバイスは、周囲光のような外部の光源の他、汚れ、油膜、水滴、及び他の物体を感知してしまう。これらの物質は、FTIRスイッチの操作面上に付着して、スイッチング閾値を低下させ、誤動作の原因となる。更に、FTIRデバイスの信頼性は、接触する物体の性質に左右されることが知られている。つまり、グローブをはめた指で接触した場合、指で接触したのと同様に応答しないことがある。その上、これらのデバイスの製造許容差は狭い。FTIR型のスイッチの操作可能領域は限られたものである。同様に、これらのデバイスではスイッチ機構と操作面とを分離するための簡単な方法、若しくは近接センシングへ拡張するための簡単な方法がない。
このようなわけで、外部光線及び操作面への汚れの付着による影響を実質的に受けないような光電スイッチが必要である。接触する物体の性質とは無関係に動作し得る光電スイッチの必要性も依然として存在する。更に、光電スイッチの製造誤差を実質的に少なくすることも必要である。同様に、近接センシングができるように機能が拡張された光電スイッチの必要性も存在する。スイッチ機構を操作面から分離することができる光電スイッチも目下必要となっている。同様に、可視性及び動作表示のために、操作面を背面から照光する自照機構の必要性もある。
発明の開示
本発明の主な効果は、周囲光を含む外部光線や操作面に付着した汚れの影響を実質的に受けない光電タッチスイッチが提供されることである。
本発明の別の効果は、接触する物体の性質にかかわりなく動作し得る光電タッチスイッチが提供されることである。
本発明の更に別の効果は、可動要素が不要で信頼性が向上した光電タッチスイッチが提供されることである。
本発明の更に別の効果は、必要な製造工程が単純化され、製造誤差が実質的に少なくなるようなタッチスイッチが提供されることである
本発明の更に別の効果は、自照機構を備え、誤動作が起こることの少ない自照型タッチスイッチが提供されることである。
本発明の更に別の効果は、自照機構を備え、操作領域が実質的に広がって近接センシングへの拡張がなされた自照型位置応動式タッチスイッチが提供されることである。
本発明の更に別の効果は、自照機構を備え、操作面をスイッチ機構から分離できる自照型タッチスイッチが提供されることである。
本明細書において、以上のような本発明の効果を得られるようなタッチスイッチが開示される。このスイッチは光線を発生する光源を有する。更に、このスイッチは、光源からの光線を平行化する第１レンズを有する。この結果、第１レンズにより、第１方向の平行光線が得られることになる。第１レンズは、第２方向に進む光の焦点として、第１焦点及び第２焦点を形成するが、このとき光源は第１焦点の位置に配置される。更に、このスイッチは、平行光線を１つの面上に集束させる第２レンズを有する。この面は、実質的に物体が接触したとき、平行光線を第１レンズの方向に散乱させる。このスイッチは、前記面への物体の接触によって生じた散乱光を平行化した散乱光再平行化光線を検出する検出器も備えている。この検出器は第２焦点の位置に配置されており、このような構成により、前記面に物体が接触することによってスイッチが動作する。
【図面の簡単な説明】
後述の実施例の説明は本発明を限定するためのものではないが、この実施例の説明を以下に説明する図面とともに参照することにより、本発明の内容はよりよく理解されよう。
第１図は、本発明の第１実施例を示した図である。
第２図は、本発明の好適実施例を示した図である。
第３図は、本発明の更に別の実施例を示した図である。
発明の詳細な説明
第１図を参照すると、本発明の第１実施例の自照機構を備えたタッチスイッチ10が示されている。本発明の新規性及び進歩性を有するタッチスイッチが、スイッチ10を動作させるのに部分反射を利用していることは、本明細書を参照することにより、当業者にはすぐに明らかとなろう。
このために、スイッチ10は光源25を有し、この光源25は好ましくは発光ダイオードである。光源25は第１方向に光を発する。光源の特性により、発生した光はレンズ機構15に均一に向けられる。この結果、レンズ機構15の第１面16がこの光により照射されることになる。
光を受けたとき、光源25から前記第１方向に発せられた光はこのレンズ機構15により平行化され、平行光線20が生成される。平行光線20は、第１方向に進む均一な強度の光線を含む。
レンズ機構15は別の光学的特性を示す。第２方向に進む光がレンズ機構15の第２面に入射すると、２つの焦点が形成される。光源25は、レンズ機構15からの距離がｆである第１焦点に設置されている。同じ光によって形成される、レンズ機構15からの距離がｆである第２焦点には、光検出器アセンブリ30が設置される。距離ｆは、レンズ機構15と、第１焦点及び第２焦点を含む平面との間の距離である。また、レンズ機構15は直径ｄを有する。
スイッチ10はに第２レンズ機構45を更に有する。平行光線20は第１方向に進み、第２レンズ機構45を照射する。レンズ機構45は平行光線20を機能的に集束して、第２レンズ機構45から距離ｔの点にある検知点に集束する集束光線50を形成する。検知点50には透明な面55が設置される。
面55及び検知点は、スイッチ10のオン動作／オフ動作に直接関係する。外部からの刺激がなければ、透明な面55は集束光線50により照射される。しかし、面55の検知点に物体または指が置かれることにより、スイッチ10の状態は変化し得る。
スイッチ10の状態変化には、共焦照射及び反射の原理と、光強度変調を利用している。光強度及び焦点距離は、以下式１と称する次の式によって表され得る。
Ｉ＝α＊｛［sin（Ｚ′）/z'］４｝
ここで、Ｉは光強度を表し、αは定量化可能な（quantifiable）定数を表し、z'は面55に対する物体の位置に比例する量である。この所与の数学的関係に基づき、レンズ機構45からその焦点距離だけ離れた位置にある面55の検知点に物体または指が接触することにより、光強度が変調されることは、当業者には明らかであろう。
面55の検知点に物体が接触すると、集束光線50が散乱する。この結果、散乱光65が生ずる。第２レンズ機構45の相互性により、この前述の第２方向に進む散乱光65は再び平行化されて、散乱光再平行化光線70が形成される。次いで、散乱光再平行化光線は第２方向に進み、第１レンズ機構に達する。
上述のように、第１レンズ機構15は第２方向に光が入射してくると、第１焦点及び第２焦点を形成する。従って、第２焦点に設置された光検出器アセンブリ30で、前記第１レンズ機構により生成された光の方向を検出することにより、スイッチ10の状態変化が感知され得ることになる。これらの第１レンズ機構に入射してくる光は、面55に指60で触れることで集束光50が散乱することにより変換された散乱光再平行化光線である。
光検出器アセンブリ30は、必ず光検出器40及びフィルタリング手段35を備えている。光検出器40は、好ましくはシリコンダイオード検出器である。フィルタリング手段35は、面55への接触に関連するスイッチ10の誤動作を低減せしめる目的で組み込まれる。また、このフィルタリング手段35は、透明な面55を通して入射する周囲光の影響に対するスイッチ10の不感受性も高める。フィルタリング手段35は、光源から光検出器40に向けて発せられた光エネルギーのスペクトルの帯域を選択的に透過させるノッチフィルタによって実現され得る。
類似した実施態様において、フィルタリング手段35は、一定の範囲内の波長または色を有する光エネルギーを発する光源25を用いることで実現される。更に、周囲光の散乱によって生じた光を識別するために、同一の一定の範囲内の波長または色を有する光エネルギーのみを検出するような高感度の検出器も採用される。
第１レンズ機構15及び第２レンズ機構45も、いくつかの手段を用いて実現されることに注意されたい。使用可能な手段の１つは、モノリシック小レンズモジュール（monolithic lenslet module）（MLM）とも称される、マイクロオプティック多重線用小レンズ（micro−optic multiplet lenslet）（MOM型小レンズ）である。これは本発明の共願である米国特許第5,270,859号の明細書にも記載されており、これを参照されたい。MOMを用いると、両レンズ機構15及び45を１つの基板上に形成することができ、製造工程が単純化される。
第２図を参照すると、本発明の好適実施例が示されている。ここには、第１レンズ機構が、第1MOM15a及び第2MOM15bを備えていることが示されている。両MOM15a及び15bは、それぞれ互いに位相のずらされたレンズ配列を有しており、第1MOM15aのレンズ配列における各レンズの焦点が、第2MOM15bのレンズ配列における隣あった２つのレンズの中間にくるようにされている。このような構成により、平行光線が第１方向にも第２方向にも伝達される。
第２図には第２レンズ機構も示されており、このレンズ配列が、第１レンズ機構の第２レンズ配列15bに対して位相をずらされていることも示されている。このようにすることで、同じ面55上にスイッチの検知点が複数形成される。第１レンズ機構のレンズ配列のレンズの直径と、第２レンズ機構のレンズ配列のレンズの直径とが異なっていることにも注意されたい。
本発明の別の実施例においては、第１レンズ機構15及び第２レンズ機構45の少なくとも１つが、ホログラフィック光学素子（Holographic Optical Element）（HOE）を有している。当業者には知られているように、HOEは、照光源を光源25に光学的に共役な位置に配置し、例えば写真板のようなホログラフィックマスタをレンズ機構15に光学的に共役な位置に配置し、基準照光が光検出器40に光学的に共役となるようにすることにより実現され得る。このような構成により、所望の性能の特性を有するHOEが形成され得る。それにもかかわらず、この実施例においても、光源の光の波長及び自照光の波長に関して制約が存在する。
第３図を参照すると、本発明の更に別の実施例が図示されており、ここでは自照機構を備えた２次元（２−Ｄ）タッチスイッチが詳細に示されている。２−Ｄスイッチを実現するべく、第１光源120及び第２光源125が用いられている。両光源120及び125は、好ましくは発光ダイオードである。また、光源120及び125は第１方向に光を発する。両光源120及び125から放射される光は、均一に第１小レンズ群130に入射する。この第１小レンズ130は、好ましくはMOMまたはMLMである。第２小レンズ群160も、第１小レンズ130と同相となる配置で組み込まれる。
光源120及び125で生成された放射光は、共に第１小レンズ群130及び第２小レンズ160でそれぞれ個別に平行化される。この結果、光源120で生成された放射光から第１平行光線162が形成され、同様に第２光源125で生成された放射光から第２平行光線164が形成されることになる。
第１平行光線162及び第２平行光線164の双方の形成には、第１小レンズ群130及び第２小レンズ160群の双方の配置が重要な役割を果たす。本発明のこの特徴を実現するために、小レンズ群130及び150の双方はレンズ配列を構成している。各レンズ配列は、一方は第１直径を有し他方は第２直径を有する２つレンズグループを含む。これらのレンズグループは、各小レンズ群内において交互に配置される。更に、各小レンズ群の一方のレンズグループは、他の小レンズ群の同じレンズグループと同相に配置される。このような構成により、両レンズ配列において、第１直径を有するレンズ135は、第２直径を有するレンズ140の隣に配置されることになる。この特定のレイアウトは、レンズの組145及び150にも拡張されている。両レンズ配列におけるレンズの組135及び145の双方が、それぞれレンズの組140及び150の４レンズ構造に対して、２レンズ構造を有していることに注意されたい。
第１小レンズ群130及び第２小レンズ群160は、共に異なる光学的特性を示す。光が第２方向に２つの小レンズ群を通過すると、４つの焦点が形成される。第１光源120は第１焦点に設置されている。同様に第２焦点には第２光源125が設置される。更に、第１光検出器アセンブリ105及び第２光検出アセンブリ90は、それぞれ第３焦点及び第４焦点に設置される。
スイッチ80は第３小レンズ群180も備えている。本発明の一実施例においては、第１小レンズ群、第２小レンズ群、及び第３小レンズ群は１つの基板上に形成されている。第１平行光線162及び第２平行光線164は第１方向に進み、第３小レンズ群180を照射する。第３小レンズ群180は、第１平行光線162及び第２平行光線164を機能的に集束し、それぞれ第３小レンズ群180から距離t1及びt2の位置にある２対の検知点に集束する２つの集束光線185及び190を生成する。第１集束光線185は、第１平面155上に実現される第１検知点対を形成し、第２集束光線190は、第２平面156上に実現される第２検知点対を形成する。本発明の別の実施例においては、第１、第２、及び第３小レンズ群が、それぞれHOEを含むことに注意されたい。
２つの検知点対は、スイッチ10の動作に直接関係する。物体または指60を平面155または156上の検知点に置くことにより、スイッチ10の状態が変化し得る。ここに述べるように、スイッチ10の状態変化には、部分反射原理及び光強度変調を利用している。
前の実施例と同様に、平面155または156上の検知点に物体または指が接触すると、スイッチの状態変化が起こるということは当業者には明らかであろう。このことは、平面155または156上の検知点に接触すると、第１集束光線185または第２集束光線190の何れかが散乱するという事実を考慮すれば理解できよう。
これにより、散乱光195または200が生ずる。第３小レンズ群180の構造から、これらの散乱光195または200が前述の第２方向に進むと再平行化されて散乱光再平行化光線202または204が生成される。次いで、この散乱光再平行化光線は第２方向に進み、第２小レンズ群160及び第１小レンズ群130に入射する。
上述のように、光線が第２方向に進んだとき、第１小レンズ群130及び第２小レンズ群160により４つの焦点が形成される。従って、第１検出器アセンブリ110及び第２検出器アセンブリ95をそれぞれ第３焦点及び第４焦点に設置することにより、第３焦点か第４焦点の何れかに達する散乱光再平行化光線の何れか一方が検出されて、スイッチ80の状態変化を認識できるのである。
第１実施例と同様に、第１検出器アセンブリ110及び第２検出器アセンブリ95は光検出器及びフィルタリング手段を備えている。光源は好ましくは発光ダイオードであり、光検出器は好ましくは発光ダイオード検出器である。フィルタリング手段は、スイッチ80の誤動作を低減せしめるために組み込まれる。また、このフィルタリング手段は、第３小レンズ群180を通して入射する周囲光の影響に対するスイッチ80の不感受性も高める。フィルタリング手段は、光源から光検出器に向けて発せられた光エネルギーのスペクトルの帯域を選択的に透過させるノッチフィルタによって実現され得る。別の実施形態では、フィルタリング手段35は、一定の範囲内の波長または色を有する光エネルギーを発する光源を用いる。更に、周囲光の散乱によって生じた光を識別するために、同一の一定の範囲内の波長または色を有する光エネルギーを検出するような高感度の検出器も採用される。
スイッチ80は、第１平行光線162と第２平行光線164との間の光漏れ（crosstalk）、及び第１散乱光再平行化光線202と第２散乱光再平行化光線204との間の光漏れ防止手段170を更に有する。光漏れ防止手段170は、好ましくは不透明なセグメント間遮光板により実現される。
レンズアセンブリ180の第１及び第２セグメントの幅としては、例えば指のようなスイッチを動作させる物体の大きさより著しく小さい大きさが選択される。この結果、スイッチを動作させる物体は、平面155上に焦点を有するセグメントにも、平面156上に焦点を有するセグメントにも検出され得ないことになる。検出される物体は、平面180に向かって初めに平面155を横切り、次いで平面156を横切ることにより検出されることから、検出器110及び95からの連続した信号を用いて、目的の物体の検出と誤動作とを区別することができるのである。
ここでは第２実施例として二次元スイッチについて記述するが、本発明の原理を用いて三次以上の次数のスイッチも実現可能であることは、当業者には明らかであろう。このような多次元スイッチの設計には前に説明した要素の組み立てに倣うことが必要である。例えば、四次元スイッチにおいては、４つの光源及び４つの光検出器が必要である。同様に各小レンズ群内のレンズグループの数は、それぞれ直径の異なるレンズからなる４種類である。
二平面スイッチの動作を三次以上に拡張すると、スイッチを動作させる物体の存在を検出するのみならず、平面180からの距離を検出するのにもこのスイッチを用いることができる。このように、このスイッチを接近検出器として利用することもできるのである。検出器110及び95の検出状態を合わせてまとめるだけで、２つの平面の間における位置情報が得られるのである。例えば、スイッチを動作させる物体が平面155と平面156との間に存在するか否かが判定され得る。このような実施例においては、式１を用いて、検出器110及び95からの信号の相対強度を分析することにより、平面155と平面156との間の位置を推定するための式が導かれる。これは、式１を変形してz'を求める逆関数の式にすることにより、数学的に導かれ得る。
式１に数値を入れることによって作表され、電気的に格納された参照テーブルを用いることにより、スイッチを動作させる物体の位置が正確に求められ得る。具体的には、初めに２つの検出平面間に物体を配置し、次いで式１を用いて作成されたテーブルを利用して、関連する検出器からの信号を補間することにより求めることができるのである。このような位置検出を行うための様々なアプローチが当業者には知られている。
上述の例を用いて、本発明の特定の実施形態について説明したが、この記述は本発明の内容をこれに限定するものではない。本発明の特定の実施例について説明したが、本明細書を参照することにより、請求の範囲に記載の本発明の範囲を逸脱することなく、これらの実施例にさまざまな変更を加えたり、別の実施形態を実現することも可能であることが当業者には明らかであることは理解されよう。従って、本発明の二次元スイッチは、多重切替え式のスイッチや、スイッチ状態の使用者へのフィードバックが必要な場合のスイッチ状態表示のための応答表示スイッチに用いることができる。更に、このスイッチは、物体の位置検出のための機構として用いることができる。後述の請求の範囲の記載は、本発明の範囲に含まれる全ての実施態様をカバーしようとするものである。
また、前述の米国特許第5,270,859号明細書に記載の全内容は、本明細書に一体に組み込まれるものとして参照されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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