(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体内において面光源から射出した光を透光性の画像シートを透過させて、前記画像シートの画像情報をレンズユニットにより前記筐体の開口部またはその近傍に結像させるとともに、前記筐体内に設けた光電スイッチからの検出信号に基づいて前記面光源のオン，オフ状態を切り換えるようにしたバーチャルスイッチの結像位置調整構造において、
前記筐体の内部には、前記レンズユニットおよび画像シートをそれぞれ着脱自在に保持するための複数の溝が光軸方向に形成されており、
前記画像シートの前記画像情報の前記レンズユニットによる結像位置が、前記面光源の色の種類に拘らず、前記光電スイッチの検出位置と一致するように、前記面光源の色の種類に応じて前記レンズユニットおよび画像シートをそれぞれ保持すべき各溝の組合せが複数設定されている、
ことを特徴とするバーチャルスイッチの結像位置調整構造。
【請求項２】
前記レンズユニットまたは画像シートの少なくともいずれか一方が保持体に保持されており、該保持体の外周には、前記溝に係合し得る突起が形成されている、
ことを特徴とする請求項１記載のバーチャルスイッチの結像位置調整構造。
【請求項３】
前記突起が、前記レンズユニットまたは画像シートの光軸方向と直交する方向の中心線からずれた位置に配置されている、
ことを特徴とする請求項２記載のバーチャルスイッチの結像位置調整構造。
【請求項４】
前記溝が、前記筐体内の第１，第２の対向内壁面において前記光軸方向に所定の間隔を隔てて対向配置されている、
ことを特徴とする請求項１記載のバーチャルスイッチの結像位置調整構造。
【請求項５】
前記溝が、前記筐体内の第１，第２の対向内壁面において前記光軸方向に所定の間隔を隔てて対向配置された第１，第２の溝と、前記第１，第２の対向内壁面と異なる第３，第４の対向内壁面において、前記光軸方向に所定の間隔を隔てて対向配置されかつ光軸方向の位置が前記第１，第２の溝と１／２ピッチずれた第３，第４の溝とを有している、
ことを特徴とする請求項１記載のバーチャルスイッチの結像位置調整構造。
【請求項６】
前記溝が、前記筐体の内周面に螺旋状に形成された螺旋溝である、
ことを特徴とする請求項１記載のバーチャルスイッチの結像位置調整構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透光性の画像シートに描かれた文字や図形等の画像情報を該画像シートから離れた位置に正立実像の映像として画像表示させることのできるいわゆるバーチャルスイッチにおいて、レンズユニットによる結像位置を調整することができる構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
バーチャルスイッチは、操作者がキーやボタン類に直接指で接触する従来の機械的なスイッチと異なり、空間に結像した映像に指を接近させるとセンサが作動し、これによりＯＮ／ＯＦＦの切換えを行うことができるスイッチであって、機器に直接触れる必要がないため非常に衛生的であり、最近院内感染が問題となっている病院内の医療機器のスイッチとして、あるいは公衆トイレの水洗用のスイッチとして、またその他様々な分野において非常に大きな需要が見込まれるものである。
【０００３】
このようなバーチャルスイッチの一例を図１０に示す。
同図において、バーチャルスイッチ４１は、上方に開口する筒状の筐体４２を有しており、筐体４２の底部には、ＬＥＤやＥＬ等から構成される面光源（バックライト）４３が配置されている。
【０００４】
面光源４３の上方には、文字や図形等の画像情報が描かれた透光性画像シート（記銘板）４４が配置されている。記銘板４４のさらに上方には、記銘板４４に表示された画像情報を筐体４２の上部開口内に正立実像Ａとして結像させるためのレンズユニット４５が設けられている。レンズユニット４５は、多数の屈折率分布形マイクロレンズ素子を密着させて接着剤により接合することにより構成されている。
【０００５】
筐体４２の上部開口内には、投光部４６ａと、これに対向配置された受光部４６ｂとから構成される光電スイッチ４６が設けられている。また、図示していないが、光電スイッチ４６は、面光源４３をＯＮ／ＯＦＦするための駆動回路および出力回路に電気的に接続されている。
【０００６】
このような構成になるバーチャルスイッチにおいて、面光源４３がＯＮ状態のときには、面光源４３から射出された光は記銘板４４を通ってレンズユニット４５に照射され、該レンズユニット４５により、記銘板４４上の画像情報が筐体４２の上部開口内に正立実像Ａ（たとえば英文字「ＯＮ」）として結像される。
【０００７】
この状態から、操作者が筐体４２の上部開口内に指を入れて正立実像Ａに指を触れると、光電スイッチ４６の投光部４６ａから射出した光が指により遮断され、その結果、駆動回路が作動して面光源４３がＯＦＦになる。
【０００８】
また逆に、面光源４３がＯＦＦ状態のときに操作者が筐体４２の上部開口内に指を入れると、光電スイッチ４６の投光部４６ａから射出した光が遮断され、その結果、駆動回路が作動して面光源４３がＯＮとなり、再び正立実像Ａが表示されることになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このようなバーチャルスイッチに使用されるレンズユニットは、一般に、波長の違いによる屈折率の差が大きいため（すなわち、色収差があるため）、バックライトを異なる色光のものに交換した場合、バックライトの色光によって映像の結像位置が変化する。
【００１０】
たとえば日本板硝子（株）製のセルフォックレンズ（商品名）ＳＬＡ−２０Ｂを使用した場合、理論上のレンズ長さが  Ｚ＝６．０（ｍｍ）  のとき、赤色光（波長λ＝６６０ｎｍ）に対する結像距離は  ２４．８（ｍｍ）  であり、緑色光（波長λ＝５７０ｎｍ）に対する結像距離は  １６．０（ｍｍ）  であって、両者の間には  ８．８（ｍｍ）  の差がある。また、赤色光と青色光（波長λ＝４５０ｎｍ）の場合には、その差がさらに大きくなる。
【００１１】
したがって、たとえば赤色光のバックライトを用いたバーチャルスイッチにおいて、バックライトを緑色光のものに変えると、映像の結像位置が８．８（ｍｍ）だけレンズユニット側（すなわち開口奥側）にずれる。この状態から、操作者が映像に指を触れようとして開口内に指を入れると、指が映像に触れる前に先に光電スイッチが作動してしまい、このような映像の結像位置と光電スイッチの検出位置とのずれにより、操作者が違和感を感じることになる。
【００１２】
そこで、色収差を補正したレンズユニットを使用することにより、各色光による映像を実質上一定の位置（すなわち、光電スイッチの検出位置）に結像させるようにすることも考えられるが、この場合には、色収差を補正したレンズユニット自身が非常に高価なものであるため、製品全体の大幅なコストアップにつながることになる。
【００１３】
本発明は、このような従来の実情に鑑みてなされたもので、色の種類に拘らず映像を一定の位置に結像させることが安価かつ簡単に行えるバーチャルスイッチの結像位置調整構造を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係るバーチャルスイッチの結像位置調整構造は、筐体内において面光源から射出した光を透光性の画像シートを透過させて、前記画像シートの画像情報をレンズユニットにより前記筐体の開口部またはその近傍に結像させるとともに、前記筐体内に設けた光電スイッチからの検出信号に基づいて前記面光源のオン，オフ状態を切り換えるようにしたバーチャルスイッチの結像位置調整構造において、前記筐体の内部には、前記レンズユニットおよび画像シートをそれぞれ着脱自在に保持するための複数の溝が光軸方向に形成されており、前記画像シートの前記画像情報の前記レンズユニットによる結像位置が、前記面光源の色の種類に拘らず、前記光電スイッチの検出位置と一致するように、前記面光源の色の種類に応じて前記レンズユニットおよび画像シートをそれぞれ保持すべき各溝の組合せが複数設定されていることを特徴としている。
【００１５】
請求項２の発明に係るバーチャルスイッチの結像位置調整構造は、請求項１において、前記レンズユニットまたは画像シートの少なくともいずれか一方が保持体に保持されており、該保持体の外周に、前記溝に係合し得る突起が形成されていることを特徴としている。
【００１６】
請求項３の発明に係るバーチャルスイッチの結像位置調整構造は、請求項２において、前記突起が、前記レンズユニットまたは画像シートの光軸方向と直交する方向の中心線からずれた位置に配置されていることを特徴としている。
【００１７】
請求項４の発明に係るバーチャルスイッチの結像位置調整構造は、請求項１において、前記溝が、前記筐体内の第１，第２の対向内壁面において前記光軸方向に所定の間隔を隔てて対向配置されていることを特徴としている。
【００１８】
請求項５の発明に係るバーチャルスイッチの結像位置調整構造は、請求項１において、前記溝が、前記筐体内の第１，第２の対向内壁面において前記光軸方向に所定の間隔を隔てて対向配置された第１，第２の溝と、前記第１，第２の対向内壁面と異なる第３，第４の対向内壁面において、前記光軸方向に所定の間隔を隔てて対向配置されかつ光軸方向の位置が前記第１，第２の溝と１／２ピッチずれた第３，第４の溝とを有していることを特徴としている。
【００１９】
請求項６の発明に係るバーチャルスイッチの結像位置調整構造は、請求項１において、前記溝が、前記筐体の内周面に螺旋状に形成された螺旋溝であることを特徴としている。
【００２０】
本発明によれば、面光源から射出された光は、画像シートを透過してレンズユニットに照射され、レンズユニットにより、画像シートの画像情報が筐体の開口部もしくはその近傍に結像される。
【００２１】
この状態から、操作者が筐体の開口部内に指を入れて映像に指を触れると、光電スイッチが作動し、該光電スイッチの検出信号を受けて、面光源のオン，オフ状態が切り換えられる。
【００２２】
次に、面光源の色を変えた場合には、その色の波長に応じて筐体の溝を適宜選択し、レンズユニットおよび画像シートの光軸方向の位置を調整する。
【００２３】
たとえば、面光源の色を赤色から緑色に変えた場合には、レンズユニットを筐体開口部寄りの溝に移動させかつ画像シートを面光源から離れたレンズユニット寄りの溝に移動させる。これにより、面光源が赤色の場合と同じ結像位置に映像を結像させることができる。
【００２４】
この場合には、筐体に形成された溝を利用して結像位置を調整するようにしたので、色の種類に拘らず映像を一定の位置に結像させることを安価かつ簡単に行えるようになる。
【００２５】
前記レンズユニットまたは画像シートの少なくともいずれか一方は、筐体の溝に係合し得る突起が外周に形成された保持体に保持されているのが好ましい。
【００２６】
前記保持体の突起は、レンズユニットまたは画像シートの光軸方向と直交する方向の中心線からずれた位置に配置されているのが好ましい。この場合には、保持体を上下逆にして溝に取り付けるようにすることにより、レンズユニットまたは画像シートの光軸方向の位置調整を溝のピッチｐよりも小さな距離について行うことができるようになる。すなわち、この場合には、結像位置の微調整が可能になる。
【００２７】
前記溝は、筐体内の第１，第２の対向内壁面において光軸方向に所定の間隔を隔てて対向配置されているのが好ましい。
【００２８】
前記溝は、筐体内の第１，第２の対向内壁面において光軸方向に所定の間隔を隔てて対向配置された第１，第２の溝と、第１，第２の対向内壁面と異なる第３，第４の対向内壁面において、光軸方向に所定の間隔を隔てて対向配置されかつ光軸方向の位置が第１，第２の溝と１／２ピッチずれた第３，第４の溝とを有しているのが好ましい。
【００２９】
この場合には、レンズユニットおよび画像シートについて光軸方向の位置調整を行う際に、第１，第２の溝の他に第３，第４の溝をも用いることにより、１／２ピッチの微調整が可能になる。
【００３０】
前記溝は、筐体の内周面に螺旋状に形成された螺旋溝であるのが好ましい。この場合には、さらに細かなピッチでの微調整ができるようになる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施態様を添付図面に基づいて説明する。
〔第１の実施態様〕
図１ないし図５は、本発明の第１の実施態様によるバーチャルスイッチの結像位置調整構造を説明するための図であって、図１はバーチャルスイッチの縦断面概略構成図、図２はその平面断面図、図３はレンズ組立体の縦断面拡大図、図４はレンズ組立体の平面図、図５は図２のV-V 線断面部分図である。
【００３２】
図１および図２に示すように、バーチャルスイッチ１は、上方に開口する角筒状の筐体２を有している。筐体２の下部には、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＥＬ（エレクトロルミネセンス）等から構成される面光源３が配置されている。
【００３３】
面光源３の上方には、文字や図形等の画像情報が描かれた透光性画像シート（記銘板）４が配置されている。記銘板４の上方には、記銘板４からの透過光が照射されるとともに、記銘板４に描かれた画像情報を筐体２の開口部もしくはその近傍に正立実像の映像Ａとして結像させるためのレンズ組立体５が設けられている。なお、図１に実線で示す記銘板４およびレンズ組立体５は、面光源３が赤色のものに対する配置をそれぞれ示している。
【００３４】
筐体２の開口部には、光電スイッチ８が設けられている。光電スイッチ８は、赤外線等の光を射出する投光部８ａと、これに対向配置され、投光部８ａから射出された光を受光する受光部８ｂとから構成されている。また、これら投，受光部８ａ，８ｂは、外部の図示しない切換装置に接続されており、投光部８ａから射出した光が操作者の指で遮断されると、この切換装置の作動により、面光源３のＯＮ，ＯＦＦ状態が切り換えられるようになっている。
【００３５】
レンズ組立体５は、図３および図４に示すように、四角柱状のレンズユニット６と、レンズユニット６の外周端面を保持する枠体７とを有している。
【００３６】
レンズユニット６は、多数の屈折率分布形マイクロレンズ素子を密着させて接着剤により接合することにより構成されている。なお、レンズユニット６としては、多数の平凸マイクロレンズ素子または両凸マイクロレンズ素子をシート状に組み合わせてなるシートレンズを二枚用意し、これらを所定間隔を隔てて対向配置させたものを用いるようにしてもよい。枠体７には、相対向する突起７ａが形成されている。
【００３７】
一方、筐体２の対向内壁面２ａ，２ｂ（図２）には、光軸方向（図５上下方向）に所定のピッチｐで溝１０がそれぞれ形成されている。内壁面２ａ，２ｂ上の各溝１０は、各々対向する位置に配置されており、対向するいずれかの溝１０内に、レンズ組立体５の枠体７の突起７ａが係合している。
【００３８】
なお、図示していないが、記銘板４も枠体７と同様の枠体により保持されているのが好ましく、該枠体の突起が筐体２の内壁面の溝に係合している。また、筐体２の外壁面には、レンズ組立体５および記銘板４の溝１０に対する取付けおよび取外しを行うための開閉可能な開口が形成されている（図示せず）。
【００３９】
次に、本実施態様の作用効果について説明する。
面光源３から射出された光は、記銘板４を透過してレンズ組立体５のレンズユニット６に照射され、レンズユニット６により、記銘板４の画像情報が筐体２の開口部もしくはその近傍のＳの位置に映像Ａとして結像される。
【００４０】
この状態から、操作者が筐体２の上部開口部内に指を入れて映像Ａに指を触れると、光電スイッチ８が作動し、該光電スイッチ８の検出信号を受けて、切換装置（図示せず）により、面光源３のオン，オフ状態が切り換えられる。
【００４１】
次に、面光源３の色を赤色から緑色に変えた場合には、レンズ組立体５および記銘板４を溝１０から抜いて、それぞれ上方の溝１０に挿入する（図１中一点鎖線で示すレンズ組立体５′および記銘板４′参照）。これにより、面光源３が赤色の場合と同じ結像位置である上部開口部のＳの位置に緑色の面光源３による映像を結像させることができる。
【００４２】
また、面光源３の色を緑色から青色に変えた場合には、レンズ組立体５′および記銘板４′を溝１０から抜いて、それぞれさらに上方の溝１０に挿入する（図１中二点鎖線で示すレンズ組立体５″および記銘板４″参照）。これにより、面光源３が赤色の場合と同じ結像位置である上部開口部のＳの位置に青色の面光源３による映像を結像させることができる。
【００４３】
このように、レンズ組立体５および記銘板４を移動させる方向は、面光源３の色すなわち波長による。面光源３の色を波長が短いものに変えた場合には、レンズ組立体５および記銘板４を上側（上部開口部に接近する側）の溝１０内に移動させ、逆に、面光源３の色を波長が長いものに変えた場合には、レンズ組立体５および記銘板４を下側（上部開口部から離れる側）の溝１０内に移動させるようにする。
【００４４】
また、レンズ組立体５および記銘板４の移動距離も面光源３の波長に応じて適宜設定される。この例では、溝ピッチｐの整数倍の距離の移動が可能である。
【００４５】
このように本実施態様によれば、筐体２の対向内壁面２ａ，２ｂに形成された溝１０を利用して結像位置の調整を行うようにしたので、面光源３の色の種類に拘らず映像を一定の位置に結像させることを安価かつ簡単に行える。これにより、バーチャルスイッチのメーカー側およびユーザー側の双方で面光源の色の変更に容易に対応できるようになる。また、メーカー側としては、色の種類に拘らず筐体を共有できるようになる。
【００４６】
〔第２の実施態様〕
図６および図７は、本発明の第２の実施態様による結像位置調整構造を説明するための図である。図６はレンズ組立体の縦断面拡大図、図７はその作用効果を説明するための図であって、前記第１の実施態様の図５に相当する図である。なお、これらの図において、前記第１の実施態様と同一符号は同一または相当部分を示している。
【００４７】
前記第１の実施態様では、図３に示すように、レンズユニット６を保持する枠体７の突起７ａの中心線ｍがレンズユニット６の中心線ｎと一致した例を示したが、この第２の実施態様に示すレンズ組立体５１では、図６に示すように、レンズユニット６を保持する枠体７１の突起７１ａの中心線ｍがレンズユニット６の中心線ｎからずれた位置に配置されており、枠体７１が中心線ｎに関して非対称になっている。この突起７１ａのずれ量はたとえばｐ／４（ｐ：溝ピッチ）に設定される。
【００４８】
このような構成になるレンズ組立体５１を筐体２内のある溝１０に係合させた状態を図７の実線で示す。次に、レンズ組立体５１をこの溝１０から抜いて、上下を逆にし、再び同じ溝１０に挿入した状態を図７の二点鎖線で示す。
【００４９】
これらのレンズ組立体５１，５１′の位置を比較すると、両レンズ組立体は、ｐ／２だけずれていることが分かる。すなわち、この場合には、レンズユニット６の光軸方向の位置調整を溝１０のピッチｐよりも小さなｐ／２について行うことができ、結像位置の微調整が可能になる。
【００５０】
〔第３の実施態様〕
前記第１，第２の実施態様では、筐体２内において一組の対向内壁面２ａ，２ｂに溝１０を形成した例を示したが、本発明の適用はこれに限定されず、対向内壁面２ａ，２ｂのみならず、他の対向内壁面２ｃ，２ｄ（図２参照）にも溝１０を形成するようにしてもよい。
【００５１】
この場合には、図２の VIII-VIII線断面図に相当する図８に示すように、対向内壁面２ｃ，２ｄの各溝１０は、対向内壁面２ａ，２ｂの各溝１０に対して光軸方向（図８上下方向）の位置がｐ／２だけずらされている。なお、図８において、右側の筐体２は、溝１０の光軸方向の位置を比較するために便宜上示されている。
【００５２】
結像位置の調整の際には、対向内壁面２ａ，２ｂの溝１０のみならず、対向内壁面２ｃ，２ｄの溝１０を利用することにより、前記第２の実施態様と同様に、ｐ／２の整数倍の微調整を行えるようになる。
【００５３】
〔第４の実施態様〕
前記第１ないし第３の実施態様では、筐体２として角筒状のものを用い、該筐体２内の対向内壁面に対向溝１０を形成した例を示したが、本発明の適用はこれに限定されるものではなく、筐体２として円筒状のものを用い、該筐体２の内周面に螺旋溝を形成するようにしてもよい。この場合には、結像位置の調整の際に、レンズ組立体５および記銘板４を徐々にねじ込むことにより、さらに細かなピッチでの微調整ができるようになる。
【００５４】
〔他の適用例〕
前記各実施態様においては、本発明が、透過型光電スイッチを備えたバーチャルスイッチに適用された例を示したが、本発明は、図９に示すような反射型光電スイッチを備えたバーチャルスイッチ１ａにも同様に適用できる。
【００５５】
図９において、図１と同一符号は同一または相当部分を示しており、ここでは、筐体２内に配置された投光部９ａおよび受光部９ｂにより、反射型光電スイッチ９が構成されている。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように本発明に係るバーチャルスイッチの結像位置調整構造によれば、筐体に形成された溝を利用して結像位置の調整を行うようにしたので、色の種類に拘らず映像を一定の位置に結像させることを安価かつ簡単に行えるようになる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施態様による結像位置調整構造が適用されたバーチャルスイッチの縦断面概略構成図。
【図２】バーチャルスイッチ（図１）の平面断面図。
【図３】バーチャルスイッチ（図１）を構成するレンズ組立体の縦断面拡大図。
【図４】バーチャルスイッチ（図１）を構成するレンズ組立体の平面図。
【図５】図２のV-V 線断面部分図。
【図６】本発明の第２の実施態様が適用されたバーチャルスイッチを構成するレンズ組立体の縦断面拡大図。
【図７】前記第２の実施態様の作用効果を説明するための図。
【図８】本発明の第３の実施態様を説明するための図であって、図２の VIII-VIII線断面部分に相当する図。
【図９】本発明が適用されたバーチャルスイッチの変形例を示す縦断面概略構成図。
【図１０】従来のバーチャルスイッチの縦断面概略構成図。
【符号の説明】
１，１ａ        バーチャルスイッチ
２              筐体
２ａ，２ｂ      対向内壁面
２ｃ，２ｄ      対向内壁面
３              面光源
４，４′，４″  記銘板（画像シート）
５，５′，５″  レンズ組立体
５１，５１′    レンズ組立体
６              レンズユニット
７，７１        枠体（保持体）
７ａ，７１ａ    突起
８，９          光電スイッチ
１０            溝
Ｓ              結像位置
Ａ              映像
ｐ              ピッチ
ｍ，ｎ          中心線
【図１】
0003841929.tif 000002
【図２】
0003841929.tif 000003
【図３】
0003841929.tif 000004
【図４】
0003841929.tif 000005
【図５】
0003841929.tif 000006
【図６】
0003841929.tif 000007
【図７】
0003841929.tif 000008
【図８】
0003841929.tif 000009
【図９】
0003841929.tif 000010
【図１０】
0003841929.tif 000011