JPH1116462A - 非接触スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 操作性の優れた低価格の非接触スイッチを提
供する。 【解決手段】 ホログラム１１１に光源１２から再生光
を照射し、ホログラム１１１から浮かび上がって見える
像１４を形成する。この像１４が見える位置を挟むよう
にして投光素子２１と受光素子２２とを対向して配置
し、受光素子２２にスイッチング回路２３を接続して非
接触スイッチを構成する。この非接触スイッチを操作す
る者が像１４にあたかも触れるように指Ｆなどを移動す
ると投光素子２１からの光２４が遮断される。そして光
２４の遮断は受光素子２２にて検出されてスイッチング
回路２３がスイッチングを行う。これにより、像１４を
目印として操作できる操作性の優れた非接触スイッチを
簡単な構造で実現することができ、非接触スイッチの低
価格化を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は非接触にてスイッ
チ操作を行う非接触スイッチに関する。

【０００２】

【背景技術】ＯＮ、ＯＦＦなどのスイッチの操作は一般
にボタンを押したりレバーを動かしたりすることにより
行われる。しかし、用途によっては人の手などが触れて
操作を行うことが好ましくない場合もある。

【０００３】例えば、医療機器に設けられているスイッ
チに手を触れるという行為はスイッチに付着していた汚
れなどが手に付着する原因となり、また手に付着してい
た病原菌などがスイッチに付着する原因ともなる。した
がって、スイッチに手を触れる度にスイッチもしくは手
を洗浄する必要が生じる。

【０００４】また、精密な装置を製造するクリーンルー
ム内では粉塵の発生を効果的に防止する必要があるた
め、物体と物体との接触という動作をできる限りなくす
必要がある。

【０００５】ここで、光電式スイッチなどを用いて非接
触のスイッチ操作を実現しようとした場合、手や指をど
の位置にもってくるとスイッチ操作が行われるのかとい
うことを操作を行う者が判断する必要が生じる。ところ
が、実際には何も存在しない空間のある領域に手や指を
正確に位置させることは容易なことではなく、場合によ
っては誤操作の原因ともなりかねない。

【０００６】そこで、屈折率分布型ロッドレンズを利用
して指や手をもってくるべき領域に目印となる絵や文字
などを浮かび上がらせて表示する非接触スイッチの開発
が進められている（特開平８−１６１９８７号公報参
照）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】屈折率分布型ロッドレ
ンズを用いた非接触スイッチでは浮かび上がった表示に
対して指などが触れるような動作（実際には指は物体に
接触しない）を行うことによりスイッチ操作を行うこと
ができ、操作する者が指などをどこにもってくるべきか
戸惑うということはない。しかし、屈折率分布型ロッド
レンズを用いて浮かび上がらせる像は平面像であり、初
めてスイッチの操作を行う者にスイッチとしての認識を
もたせることは容易でない。また、屈折率分布型ロット
レンズは高価であり、スイッチ単体の価格を低く抑える
ということも困難である。通常、スイッチは１つの製品
に対して多数設けられるものであり、個々のスイッチの
価格が上昇すると製品の価格の上昇を避けることができ
なくなってしまう。

【０００８】そこで、この発明は上記課題に鑑みなされ
たもので、低価格でかつ操作性の優れた非接触スイッチ
を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、非接
触にてスイッチ操作を行う非接触スイッチであって、像
を浮かび上がらせるホログラムと、前記ホログラムに向
けて再生光を照射する光源と、前記像が浮かび上がって
見える空間領域へ外部から物体が進入してきたことを非
接触で検出することによりスイッチングを行うスイッチ
ング手段とを備える。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１記載の非接触
スイッチであって、前記スイッチング手段によるスイッ
チングに応じて前記再生光の照射方向を変更する照射方
向変更手段をさらに備え、前記ホログラムが多重露光さ
れたホログラムであり、前記照射方向変更手段による前
記再生光の照射方向の変更により浮かび上がって見える
前記像が変化する。

【００１１】請求項３の発明は、請求項２記載の非接触
スイッチであって、前記光源が複数であり、前記照射方
向変更手段が、複数の前記光源のうち点灯するものを切
り替える手段である。

【００１２】請求項４の発明は、請求項１ないし３のい
ずれかに記載の非接触スイッチであって、前記スイッチ
ング手段が、前記像が浮かび上がって見える空間領域へ
外部から物体が進入してきたことを非接触で検出する反
射型の光電式スイッチである。

【００１３】請求項５の発明は、請求項１ないし３のい
ずれかに記載の非接触スイッチであって、前記スイッチ
ング手段が、前記像が浮かび上がって見える空間領域へ
外部から物体が進入してきたことを非接触で検出する透
過型の光電式スイッチである。

【００１４】請求項６の発明は、請求項１ないし５のい
ずれかに記載の非接触スイッチであって、前記ホログラ
ムにより浮かび上がって見える像が複数であり、前記ス
イッチング手段がそれぞれの像に対応して複数備えられ
ている。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１および図２はこの発明に係る
非接触スイッチの動作原理を示す図である。図１に示す
ようにこの発明に係る非接触スイッチでは反射型のホロ
グラム１１１に光源１２からの再生光１３を照射するこ
とにより、矢印Ａ１の方向から見たときに立体的な像１
４が空間に浮かんで見えるようになっている。そして、
この浮かんで見える像１４の位置を挟むように投光素子
２１と受光素子２２とが対向して配置されている。これ
により、像１４が見える空間領域に何ら物体が存在しな
い状態では投光素子２１から出射された光２４が受光素
子２２にて受光され、像１４が見える空間領域へ外部か
ら物体が進入してくると光２４が遮断されて受光素子２
２にて光２４が受光されなくなるようになっている。す
なわち、像１４が見える空間領域への外部からの物体の
進入が受光素子２２にて非接触で検出されるようになっ
ている。

【００１６】受光素子２２にはスイッチング回路２３が
電気的に接続されており、受光素子２２の検出結果に応
じてスイッチングを行ってＯＮ、ＯＦＦなどの信号が出
力されるようになっている。すなわち、投光素子２１、
受光素子２２、およびスイッチング回路２３は光２４の
検出結果に応じてスイッチングを行うスイッチング手段
２を構成している。なお、図１に示す構成ではスイッチ
ング手段２自体は透過型の光電式スイッチと同様の構成
となっている。

【００１７】ここで、図１の状態から図２に示すように
指Ｆを像１４に触れるかのごとく移動すると投光素子２
１からの光２４は指Ｆにより遮られて受光素子２２に到
達しなくなりスイッチングが行われる。すなわち、スイ
ッチ操作を行う者（以下、「スイッチ操作者」とい
う。）にとっては像１４に触れる感覚でスイッチの操作
を行うことが可能となる。

【００１８】以上のようにホログラムを利用して非接触
スイッチを構成することにより次のような効果を有する
非接触スイッチが実現される。

【００１９】まず、ホログラム１１１および光源１２に
より浮かび上がって見える像１４を目印としてスイッチ
操作者がスイッチ操作を行うことができるので、衛生的
な非接触のスイッチ操作を確実に、かつ誤操作を防止し
つつ行うことができる。また、操作経験のない者であっ
ても容易に操作を行うことができる。

【００２０】また、ホログラム１１１を用いることによ
り浮かび上がって見える像を立体的な形状とすることが
可能であり、この立体的な像をスイッチを連想させる形
状とすることで、初めてスイッチを操作する者にスイッ
チの存在を容易に認識させることができる。

【００２１】また、浮かび上がって見える像１４を形成
するためにホログラム１１１を用いていることから高価
な屈折率分布型ロッドレンズは不要となり、スイッチの
価格の低減を図ることができる。

【００２２】さらに、屈折率分布型ロッドレンズを用い
る場合には非接触スイッチを構成する部品点数が多く、
部品の配置位置の調整も必要となるが、ホログラムを利
用すれば少ない部品点数で組み立て容易なスイッチが実
現される。

【００２３】図３および図４はホログラムを利用した非
接触スイッチの他の構成を説明するための図であり、ホ
ログラムの特徴を有効に利用した非接触スイッチの構成
となっている。

【００２４】この非接触スイッチではホログラム１１２
への再生光用の光源として第１光源１２１と第２光源１
２２とが設けられている。これらの光源からの再生光は
ホログラム１１２に対して異なる方向から照射されるよ
うになっており、またホログラム１１２はこれらの再生
光に応じて矢印Ａ２の方向から見たときに異なった立体
像が浮かび上がって見えるように多重露光されて作製さ
れている。図３におけるホログラム１１２は透過型のホ
ログラムであり、矢印Ａ２の方向から見て光源がホログ
ラム１１２の背後側に配置されている。なお、図３では
第１光源１２１からの再生光１３１により像１４１（円
板の形状にて示す）が浮かび上がって見える状態を示し
ており、図４では第２光源１２２からの再生光１３２に
より像１４２（四角錐の形状にて示す）が浮かび上がっ
て見える状態を示している。また、このように異なった
方向からの再生光により異なった立体像を形成すること
は多重露光された反射型のホログラムを利用しても可能
であり、この場合は再生光用の複数の光源がホログラム
の正面側（像が浮かび上がって見える側）に配置される
こととなる。

【００２５】この非接触スイッチにおいても図１に示し
たものと同様に投光素子２１および受光素子２２がホロ
グラム１１２により生じる立体像を挟むように対向して
配置されており、投光素子２１からの光２４が受光素子
２２において受光されるようになっている。また、受光
素子２２はスイッチング回路２３に接続されており、光
２４の検出結果に応じてスイッチングの状態が出力され
るようになっている。すなわち、投光素子２１、受光素
子２２、およびスイッチング回路２３がスイッチング手
段２を構成している。

【００２６】この非接触スイッチではスイッチング回路
２３からのスイッチング出力は照射方向切替回路３１に
入力されるようになっている。照射方向切替回路３１は
第１光源１２１および第２光源１２２に接続されてお
り、いずれの光源を点灯させるかを制御するようになっ
ている。このような構成によりこの非接触スイッチでは
図３に示すように第１光源１２１が点灯して像１４１が
形成されている状態から指Ｆを像１４１に触れるように
移動すると受光素子２２が光２４の遮断を検出し、この
検出結果に基づいてスイッチング回路２３の出力が照射
方向切替回路３１へと送られ、第１光源１２１が消灯し
て第２光源１２２が点灯するようになっている。その結
果、指Ｆが像１４１に触れると図４に示すように像１４
１が存在していた位置に別の像１４２が形成されること
となる。

【００２７】また、図４に示す状態から指Ｆを像１４２
に触れるように移動して光２４が再び遮られると、受光
素子２２、スイッチング回路２３、および照射方向切替
回路３１を介して第２光源１２２が消灯し、第１光源１
２１が点灯して像１４１が再び現れるようになる。

【００２８】非接触スイッチのこのような動作により、
スイッチ操作者は像１４１または像１４２に触れるよう
な動作を行うことでスイッチ操作を確実に行うことがで
き、さらに、浮かび上がって見える像の形状からスイッ
チングの状態（ＯＮ、ＯＦＦなど）を的確に把握するこ
とができる。

【００２９】また、この非接触スイッチではこのような
立体像による表示の切替を多重露光されたホログラム１
１２、第１および第２光源１２１、１２２、並びに照射
方向切替回路３１により実現しているので、表示切替機
構の構成が極めて簡単であり、また表示切替動作も容易
となっている。

【００３０】なお、図３および図４ではホログラム１１
２への再生光の照射方向の変更を２つの光源の点灯の切
替により実現しているが、３つ以上の光源の点灯を切り
替えるようにして多重露光されたホログラム１１２が３
つ以上の異なった像を形成するようにしてもよい。これ
により、非接触スイッチの３つ以上の状態を表示するこ
とが可能となる。

【００３１】また、図３および図４に示した非接触スイ
ッチでは光源の点灯の切替により再生光の照射方向を変
更しているが、再生光の照射方向を変更する方法はどの
ようなものであってもよく、１つの光源からの光をミラ
ーなどの光学部品を用いて異なった方向からホログラム
１１２に切り替えて照射するようにしてもよい。

【００３２】図５は非接触スイッチを複数（３つ）配列
したのと同機能を有する非接触スイッチの例を示す図で
ある。光源１２３からの再生光によりホログラム１１３
の上方には３つの立体的な像１５１、１５２、１５３が
浮かび上がって見えるようになっている。ホログラム１
１３のほぼ側方には各像に対応するようにして投光素子
２１１と受光素子２２１との組合せが３つ配置されてい
る。これらは図１と同様にそれぞれスイッチング回路２
３に接続されている。投光素子２１１からは光２４１が
出射されており、いずれかの像が見える空間領域に物体
（この例では指Ｆ）が進入してくると、物体からの反射
光２５１が受光素子２２１にて受光されるようになって
いる。したがって、投光素子２１１、受光素子２２１、
およびスイッチング回路２３の３つの組合せのそれぞれ
が各像の見える空間領域へ外部から物体（指Ｆ）が進入
してきたことを非接触で検出してスイッチングを行うス
イッチング手段２を構成している。但し、このスイッチ
ング手段２は図１と異なり、反射型の光電式スイッチと
同様の構成となっている。

【００３３】反射型の光電式スイッチは指Ｆが受光素子
から一定の範囲の距離に存在するときのみ応答させるこ
とが可能であるので、浮かび上がって見える像に対して
上下方向に外れた位置に指Ｆが存在するときにはスイッ
チングが行われないように設計することが可能である。
したがって、反射型の光電式スイッチを利用した場合で
あっても浮かび上がった像を目印として的確なスイッチ
操作を行うことができる。

【００３４】また、反射型の光電式スイッチおよび透過
型のホログラムを利用する場合にはホログラム１１３の
上方（指Ｆにより操作が行われる側）には光源、投光素
子、受光素子のいずれもが存在しないので、非接触スイ
ッチの外観を美しく見せることができ、操作においても
障害物が存在せず操作性が向上する。

【００３５】図５に示す非接触スイッチにおいても図３
および図４に示した非接触スイッチと同様に多重露光し
たホログラム１１３を利用することが可能である。この
場合においては図５中に示すように別の光源１２４と光
源１２３との点灯を切り替えることにより、３つの操作
位置に見える像を一度に切り替えることができる。これ
により、例えば各像に対応するスイッチの機能（ある装
置の制御内容など）が一度に変更された場合にこの機能
変更を明瞭に表示することが可能となる。したがって、
誤操作の低減を図ることができる。

【００３６】また、図５に示す非接触スイッチでは３つ
の非接触スイッチが配列されたのと同様の機能を有して
いるが、ホログラム１１３および光源１２３（または、
光源１２４）は共通した部品となっていることから複数
の非接触スイッチを個別に配列配置する場合よりも部品
点数を削減することができる。

【００３７】なお、図５では投光素子２１１および受光
素子２２１をホログラム１１３のほぼ側方に配置してい
るが、投光素子２１１からの光２４１を十分に透過する
ことができるホログラムであれば、投光素子２１１や受
光素子２２１をホログラム１１３の背後（像が形成され
る側に対して反対側）に配置するようにしてもよい。

【００３８】以上この発明に係る非接触スイッチの動作
原理および幾つかの構成について説明してきたが、次に
非接触スイッチの具体的構成例について図６および図７
を用いて説明する。

【００３９】図６は非接触スイッチパネル１００の全体
を示す平面図であり、図７は図６中のＢ−Ｂにて示す方
向から見た縦断面を示す図である。

【００４０】この非接触スイッチパネル１００はケース
４内に４つの非接触スイッチ１０１を２行２列に配置し
た構造となっており、各非接触スイッチ１０１は反射型
の多重露光したホログラム１１４を利用しているという
点を除いて図３および図４に示す非接触スイッチと同様
の構成となっている。なお、スイッチング回路や照射方
向切替回路などは図示を省略している。

【００４１】各非接触スイッチ１０１はホログラム１１
４を上方からみて対角線に沿って対向するように投光素
子２１２および受光素子２２２を有しており、また図７
に示すように投光素子２１２の下方には第１光源１２５
を有し、受光素子２２２の下方には第２光源１２６を有
している。図６では図示の便宜上、投光素子２１２、受
光素子２２２の傍らに第１光源１２５、第２光源１２６
を表示している。

【００４２】この非接触スイッチ１０１ではホログラム
１１４としてリップマン・ホログラムが用いられてい
る。また、第１光源１２５および第２光源１２６は発光
ダイオードを利用した白色光を放つ光源となっている。
これらのホログラムおよび光源はもちろん他の形式のも
のであってもよい。

【００４３】図６および図７に示すように第１光源１２
５および第２光源１２６、並びに投光素子２１２および
受光素子２２２はホログラム１１４の対角線上に対向し
てケース４に埋め込まれるように配置されている。

【００４４】ここで、ホログラム１１４および第１光源
１２５により形成されている像１４３に触れるようにし
てスイッチ操作者がホログラム１１４上のケース４に囲
まれた空間に指Ｆを挿入すると、投光素子２１２からの
光２４２が遮断され、スイッチング回路によりスイッチ
ングが行われる。そして、照射方向切替回路の動作によ
り再生光１３５を放っていた第１光源１２５が消灯し、
第２光源１２６が点灯して再生光１３５とは異なった方
向から再生光１３６をホログラム１１４に照射する。そ
の結果、像１４３の位置には別の像が形成され、スイッ
チ操作者にスイッチングが行われたことを知らせる。像
が変化したことを確認するとスイッチ操作者は指Ｆを上
方に抜くようにして指Ｆを非接触スイッチ１０１から遠
ざけ、スイッチ操作が完了する。そして、次にスイッチ
操作を行う際においてもスイッチ操作者が指Ｆを像に触
れるように挿入することによりスイッチングが行われ、
第１光源１２５からの再生光１３５による像が現れるこ
ととなる。

【００４５】なお、スイッチングの方式はスイッチング
回路の設計により様々な変形が可能であり、例えば指Ｆ
が像１４３に触れるように位置している間のみ第１光源
１２５に代わって第２光源１２６が点灯するようなスイ
ッチング動作であってもよい。また、形成される像も必
ずしも立体的である必要はなく、例えば第１光源１２５
により「ＯＦＦ」という平面的文字が浮かび上がって形
成され、この文字に指Ｆが触れている間のみ第２光源１
２６により「ＯＮ」という平面的文字が浮かび上がって
見えるようにしてもよい。

【００４６】また、この発明に係る非接触スイッチの操
作は指による操作に限られず、入力ペンなどで像に触れ
て操作するものであってもよい。

【００４７】また、図６および図７に示す例は具体的構
成の一例であり、ホログラムを用いた非接触スイッチの
構成は図１ないし図５を用いて説明したように様々な形
態が実際に利用可能である。

【００４８】このようにホログラムを用いて立体的な像
を形成することにより、的確な操作を行うことができる
操作性の優れた非接触スイッチが実現され、また、非接
触スイッチの構成を簡単にすることができるとともに低
価格化も図ることができる。

【００４９】

【発明の効果】請求項１ないし６記載の発明では、ホロ
グラムを利用して像を浮かび上がらせ、この像が見える
空間領域へ外部から物体が進入してきたことを非接触で
検出してスイッチングを行うので、像を目印として的確
なスイッチ操作を行うことができる。これにより、操作
性の優れた非接触スイッチを簡単な構造で実現すること
ができるとともに、非接触スイッチの低価格化も図るこ
とができる。

【００５０】また、請求項２および３記載の発明では、
多重露光したホログラムを用いることによりスイッチン
グに応じて異なる像が浮かび上がって見えるので、極め
て簡単な構造で表示変更が実現されるとともに、さらに
的確なスイッチ操作が可能となる。

【００５１】さらに、請求項６記載の発明では、ホログ
ラムにより浮かび上がって見える複数の像のそれぞれが
１つの非接触スイッチと同機能を有するので、複数の非
接触スイッチを配列するよりも部品点数を減らすことが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る非接触スイッチの構成を示す図
である。

【図２】図１に示す非接触スイッチの動作原理を示す図
である。

【図３】この発明に係る非接触スイッチの他の構成を示
す図である。

【図４】図３に示す非接触スイッチの動作の様子を示す
図である。

【図５】この発明に係る非接触スイッチのさらに他の構
成を示す図である。

【図６】この発明に係る非接触スイッチを用いた非接触
スイッチパネルを示す平面図である。

【図７】図６に示す非接触スイッチの縦断面図である。

【符号の説明】

２ スイッチング手段 １２、１２３、１２４ 光源 １３、１３１〜１３３、１３５、１３６ 再生光 １４、１４１〜１４３、１５１〜１５３ 像 ２１、２１１、２１２ 投光素子 ２２、２２１、２２２ 受光素子 ２３ スイッチング回路 ３１ 照射方向切替回路 １０１ 非接触スイッチ １１１〜１１４ ホログラム １２１、１２５ 第１光源 １２２、１２６ 第２光源 Ｆ 指

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡本 炳人 大阪市淀川区西宮原１丁目７番31号 和泉 電気株式会社内 (72)発明者 本村 幸一 大阪市淀川区西宮原１丁目７番31号 和泉 電気株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非接触にてスイッチ操作を行う非接触ス
   イッチであって、 像を浮かび上がらせるホログラムと、 前記ホログラムに向けて再生光を照射する光源と、 前記像が浮かび上がって見える空間領域へ外部から物体
   が進入してきたことを非接触で検出することによりスイ
   ッチングを行うスイッチング手段と、を備えることを特
   徴とする非接触スイッチ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の非接触スイッチであっ
   て、 前記スイッチング手段によるスイッチングに応じて前記
   再生光の照射方向を変更する照射方向変更手段、をさら
   に備え、 前記ホログラムが多重露光されたホログラムであり、 前記照射方向変更手段による前記再生光の照射方向の変
   更により浮かび上がって見える前記像が変化することを
   特徴とする非接触スイッチ。
3. 【請求項３】 請求項２記載の非接触スイッチであっ
   て、 前記光源が複数であり、 前記照射方向変更手段が、複数の前記光源のうち点灯す
   るものを切り替える手段であることを特徴とする非接触
   スイッチ。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の非
   接触スイッチであって、 前記スイッチング手段が、前記像が浮かび上がって見え
   る空間領域へ外部から物体が進入してきたことを非接触
   で検出する反射型の光電式スイッチであることを特徴と
   する非接触スイッチ。
5. 【請求項５】 請求項１ないし３のいずれかに記載の非
   接触スイッチであって、 前記スイッチング手段が、前記像が浮かび上がって見え
   る空間領域へ外部から物体が進入してきたことを非接触
   で検出する透過型の光電式スイッチであることを特徴と
   する非接触スイッチ。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれかに記載の非
   接触スイッチであって、 前記ホログラムにより浮かび上がって見える像が複数で
   あり、 前記スイッチング手段がそれぞれの像に対応して複数備
   えられていることを特徴とする非接触スイッチ。