JP2008117544A - 操作スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】操作者の操作を光学的に検出する操作スイッチにおいて、操作者の操作性の向上と設置方向の自由度の向上を図ることができる操作スイッチを提供する。
【解決手段】ケース２の内部には、投光手段としての発光ダイオード等の投光素子３と、受光手段としてのフォトトランジスタ等の受光素子４とが収容されている。また、ケース２の内部には、プリズム５が設けられている。ケース２には、所定面積を有する平面状の検出面５ｂが設けられており、プリズム５は、投光素子３からの光を検出面５ｂから拡大させて出射させ、検出面５ｂ全体からの光を収束させて受光素子４に受光させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、操作者の操作を光学的に検出し、その検出結果に基づく信号を加工装置などの外部装置に出力する光学式の操作スイッチに関する。

従来、工場の製造ラインなどでは、加工装置などの外部装置の動作状態を操作者が操作して変更するために、押圧式の操作スイッチが用いられている。操作者は、操作スイッチに設けられた押圧部を押圧操作することによって加工装置を起動したり停止したりする。しかしながら、このように押圧式の操作スイッチを繰り返し押圧操作することは操作者に負担を与えることとなる。

このような課題を解決するため、例えば、特許文献１に記載されているような非接触式の操作スイッチが用いられる。この操作スイッチのカバーの上面には、上側に開口する断面コ字状の凹部が形成されている。凹部側壁の一方側には投光素子（投光手段）が設けられ、対向する他方側の側壁には受光素子（受光手段）が設けられている。投光素子からの光を受光素子が受光している間、操作スイッチは、加工装置を停止させておくための停止信号を出力する。これに対し、投光素子からの光が投光素子と受光素子との間に配置された物体によって遮光されている間、操作スイッチは、加工装置を起動するための動作信号（起動信号）を出力する。従って、操作者はその手を凹部に配置するだけで加工装置の動作状態を変更することが可能となり、操作スイッチを繰り返し押圧操作することによる操作者の負担が軽減される。
米国特許第５３６７１５８号明細書

しかしながら、上述した構成の操作スイッチでは、検出面が凹部の内壁面に設けられるため、操作者はその凹部開口側や凹部の延設方向に沿った方向から手を挿入しなければならず、挿入方向が限定される。そのため、操作スイッチの操作性の向上の余地がまだまだあり、また操作スイッチの設置方向に制約が生じてしまう。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、操作者の操作を光学的に検出する操作スイッチにおいて、操作者の操作性の向上と設置方向の自由度の向上を図ることができる操作スイッチを提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、光を出射する投光手段と光を受光する受光手段とを備え、前記投光手段と前記受光手段との間の光路上に操作者の手が配置されることによる前記投光手段から出射された光に基づく前記受光手段の受光量の変化により外部装置の作動状態を変更する操作スイッチであって、前記操作者の手を検出すべく所定面積を有する平面状の検出面を設けるとともに、前記投光手段からの光を前記検出面を介して出射し、前記検出面上に配置された前記操作者の手にて反射された反射光を前記検出面を介して前記受光手段に受光させる反射型にて構成された。

同構成によれば、検出面上に配置された操作者の手にて反射された投光手段からの光の反射光を検出面を介して受光手段に受光させる反射型にて構成されるため、操作者の手を検出面上に配置するだけで、操作者の手の操作を検出することができる。しかも、検出面が平面状に形成されるため、操作者の手を何れの方向からでも侵入させることが可能となり、操作スイッチの操作性を向上させることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の操作スイッチにおいて、前記投光手段からの光を前記検出面全体から出射させるとともに、前記検出面全体からの光を前記受光手段にて受光するように構成された。

同構成によれば、投光手段からの光を検出面全体から出射させるとともに、検出面全体からの光を受光手段にて受光するように構成されるため、投光手段及び受光手段の間の検出領域が拡大される。よって、検出面（投光手段及び受光手段の検出領域）の一定以上の領域に操作者の手を配置するような意図的な操作者の操作を的確に検出することができる。その結果、例えばネジや工具、ゴミなどが操作スイッチの検出面上に配置されたり、操作者の手の一部が意図せず操作スイッチの検出面に触れてしまったりした場合などに操作者が操作スイッチを操作したと見なされることを防止することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の操作スイッチにおいて、前記投光手段からの光を前記検出面の直交方向に出射させるとともに、前記検出面の直交方向に入射する光を前記受光手段にて受光するよう構成された。

同構成によれば、投光手段からの光を検出面の直交方向に出射させるとともに、検出面の直交方向に入射する光を受光手段にて受光するよう構成されている。ところで、例えば、検出面に対して傾斜する方向に沿って光を出射させると、操作者の手を検出することができない領域が生じる。本実施の形態では、投光手段からの光を検出面の直交方向に出射させるとともに、検出面の直交方向に入射する光を受光手段にて受光するよう構成したため、操作者の手を検出できない領域を生じない。よって、検出面上のどの位置に操作者の手が配置された場合でも、その操作者の手を的確に検出することが可能となり、操作性が向上する。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の操作スイッチにおいて、前記投光手段からの光の入射方向と直交する方向に反射させて前記検出面から出射させるとともに、前記検出面からの光の入射方向と直交する方向に反射させて前記受光手段に受光させる反射面を有する光学部材を備えた。

同構成によれば、光学部材は、反射面により、投光手段からの光の入射方向と直交する方向に反射させて検出面から出射させるとともに、検出面からの光の入射方向と直交する方向に反射させて受光手段に受光させる。つまり、直交する方向へ反射させることで、投光手段及び受光手段間の光路長を短くしつつ、検出領域をより拡大できるため、検出領域を確保しつつも光学部材を小型化することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の操作スイッチにおいて、前記光学部材は、その内部に前記反射面を有するプリズムからなり、前記検出面は、前記プリズムの外側面にて構成された。

同構成によれば、光学部材はその内部に反射面を有するプリズムからなり、検出面は、プリズムの外側面にて構成されるため、単純な構成となり、操作スイッチの構成の簡略化及び小型化を図ることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れか１項に記載の操作スイッチにおいて、前記検出面は、操作スイッチのケースの取付面に対して傾斜するように設定された。
同構成によれば、検出面は、操作スイッチのケースの取付面に対して傾斜するように設定されるため、一般的に水平面に取り付けた場合に、その水平面に対して傾斜する。よって、検出面に配置されたネジや工具、ゴミなどの異物が検出面上に留まり難くなり、異物による誤検出を未然に防止することができる。

本発明によれば、操作者の操作を光学的に検出する操作スイッチにおいて、操作者の操作性の向上と設置方向の自由度の向上を図ることができる操作スイッチを提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、操作台Ｓの上面Ｓ１には、外部装置としての加工装置Ｍ（図４参照）の起動及び停止といった動作状態を操作者の操作により変更するための操作スイッチ１が設けられている。

操作スイッチ１のケース２は、平面状側面２ａと円弧状側面２ｂとを有する略中空半円柱状に形成されており、その平面状側面２ａから離間するほど円弧状側面２ｂの高さが次第に高くなるように形成されている。即ち、操作スイッチ１のケース２は、下底面である取付面２ｃ側を操作台Ｓの上面（この場合、水平面）Ｓ１に載置して取り付けた状態で、上底面である載置面２ｄが操作台Ｓの上面Ｓ１、即ち水平面に対して傾斜する形状をなしている。なお、ケース２の載置面２ｄは、一般的な大人の手の大きさと同程度の大きさの平面状に形成されている。このケース２の載置面２ｄには略扇状の開口部２ｅが形成されており、扇状をなす開口部２ｅはその外周部側が平面状側面２ａを向くように配置されている。

ケース２の内部には、扇状をなす開口部２ｅの内周部側近傍に、投光手段としての発光ダイオード等の投光素子３と、受光手段としてのフォトトランジスタ等の受光素子４とが並んで配置されている。投光素子３及び受光素子４は、その投光面と受光面とがともに平面状側面２ａに略平行に向けられて配置されている。

ケース２の内部には、前記載置面２ｄに設けた開口部２ｅから上部（検出面５ｂ）が露出するようにプリズム５が組み付けられている。プリズム５は、図２及び図３に示すように略扇状に形成され、その扇状内周部に位置する投光素子３及び受光素子４に対向する素子対向面５ａと、ケース２の載置面２ｄと面一となる平面状の検出面５ｂとを備えている。また、このプリズム５は、素子対向面５ａから入射する投光素子３からの光を検出面５ｂ側に略直交方向に屈曲させつつ該検出面５ｂ全体から出射させるとともに、検出面５ｂ全体から入射される光を素子対向面５ａ側に略直交方向に屈曲させつつ受光素子４にて受光させるように反射する反射面５ｃを内部（内面）に備えている。反射面５ｃは、本実施の形態では、所定間隔を有した円弧状の斜面部が複数設けられた階段状をなしている。つまり、このプリズム５は、投光素子３からの光を検出面５ｂ全体から上方に所定面積をもって面状に出射させるとともに、検出面５ｂ全体から入射される光が収束されて受光素子４に受光されるようになっている。

また、ケース２には、図４に示すように、投光素子３及び受光素子４が接続される回路基板６が収容されている。回路基板６には、投光素子３に投光電流を供給して投光させる投光回路６ａと、受光素子４から受光量に応じたレベルの受光信号が入力される受光回路６ｂと、その受光信号の判定に基づく作動信号を加工装置Ｍに出力する動作信号出力手段としての作動信号出力回路６ｃとが設けられている。

ここで、受光素子４は、プリズム５により、ケース２の開口部２ｅから露出する検出面５ｂ全体から入射される光が受光可能となっていることから、その受光量は、検出面５ｂに配置されて覆われた物体の大きさ（面積）に応じて変化する。即ち、検出面５ｂを覆う面積が大きいほど、その覆った物体からの反射光が増加するために受光素子４の受光量はその覆われた面積に応じて大きくなり、逆に検出面５ｂを覆う面積が小さいほど、その覆った物体からの反射光が減少するために受光素子４の受光量はその覆われた面積に応じて小さくなる。

作動信号出力回路６ｃは、受光素子４の受光量に基づいてケース２の載置面２ｄに操作者の手Ｈが意図的に配置されたか否かを判定、より詳しくは、加工装置Ｍを起動させる操作者の意志に基づく操作であるか否かを判定し、その判定結果に応じた作動信号を加工装置Ｍに出力する。具体的には、作動信号出力回路６ｃは、受光素子４から出力された受光信号に基づいてその受光量を検出する。そして、受光素子４の受光量が図５に示す所定の閾値ＴＨ以上の場合、作動信号出力回路６ｃは、ケース２の載置面２ｄに配置された物体（操作者の手Ｈ）により検出面５ｂが所定面積以上覆われていると判定する。なお、本実施の形態では、所定の閾値ＴＨは、プリズム５の検出面５ｂの半分の面積を物体にて覆われた場合の受光素子４の受光量に設定されている。

つまり、検出面５ｂを所定面積以上覆うようにケース２の載置面２ｄに操作者の手Ｈが意図的に配置された場合には、作動信号出力回路６ｃは、加工装置Ｍを起動させる意志に基づく操作者の操作であると判定し、加工装置Ｍを動作させるための起動（動作）信号を出力する。一方、ネジや工具、ゴミなどの異物が検出面５ｂに配置されたり、操作者が意図せず手Ｈの一部が検出面５ｂに触れてしまったような場合には、検出面５ｂが所定面積以上覆われず受光量は所定の閾値ＴＨ未満となる。そのため、作動信号出力回路６ｃは、加工装置Ｍを起動させる意志に基づかないものと判定し、加工装置Ｍの作動を停止若しくは停止状態を維持させるための停止信号を出力する。

このような構成の操作スイッチ１を用いることにより、加工装置Ｍは、操作スイッチ１の検出面５ｂを意図的に覆うといった操作を行った場合に作動し、操作者の意志に基づかない異物などによる加工装置Ｍの誤作動が防止されるようになっている。

次に、上記実施の形態の作用効果を以下に記載する。
（１）検出面５ｂ上に配置された操作者の手Ｈにて反射された投光素子３からの光の反射光を検出面５ｂを介して受光素子４に受光させる反射型にて構成されるため、操作者の手Ｈを検出面５ｂ上に配置するだけで、操作者の手Ｈの操作を検出することができる。しかも、検出面５ｂが平面状に形成されるため、操作者の手Ｈを何れの方向からでも侵入させることが可能となり、操作スイッチ１の操作性を向上させることができる。

（２）投光素子３からの光を検出面５ｂ全体から出射させるとともに、検出面５ｂ全体からの光を受光素子４にて受光するように構成されるため、投光素子３及び受光素子４の間の検出領域が拡大される。よって、検出面５ｂ（投光素子３及び受光素子４の検出領域）の一定以上の領域に操作者の手Ｈを配置するような意図的な操作者の操作を的確に検出することができる。その結果、例えばネジや工具、ゴミなどが操作スイッチ１の検出面５ｂ上に配置されたり、操作者の手Ｈの一部が意図せず操作スイッチ１の検出面５ｂに触れてしまったりした場合などに操作者が操作スイッチ１を操作したと見なされることを防止することができる。

（３）投光素子３からの光を検出面５ｂの直交方向に出射させるとともに、検出面５ｂの直交方向に入射する光を受光素子４にて受光するよう構成されている。ところで、例えば、検出面５ｂに対して傾斜する方向に沿って光を出射させると、操作者の手Ｈを検出することができない領域が生じる。本実施の形態では、投光素子３からの光を検出面５ｂの直交方向に出射させるとともに、検出面５ｂの直交方向に入射する光を受光素子４にて受光するよう構成したため、操作者の手Ｈを検出できない領域を生じない。よって、検出面５ｂ上のどの位置に操作者の手Ｈが配置された場合でも、その操作者の手Ｈを的確に検出することが可能となり、操作性が向上する。

（４）プリズム５は、その内部に反射面５ｃを備えるため、単純な構成となり、操作スイッチ１の構成の簡略化及び小型化を図ることができる。
（５）検出面５ｂは、プリズム５の外側面にて構成されるため、操作スイッチ１の小型化を図ることができる。

（６）検出面５ｂは、操作スイッチ１のケース２の取付面２ｃに対して傾斜するように設定されるため、一般的に水平面に取り付けられた場合に、その水平面に対して傾斜する。よって、検出面５ｂに配置されたネジや工具、ゴミなどの異物が検出面５ｂ上に留まり難くなり、異物による誤検出を未然に防止することができる。

尚、本発明の実施の形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施の形態では、操作スイッチ１は、操作者の手Ｈにより反射された光を受光素子４が受光することによる受光量の変化により操作者の手Ｈの配置の有無を検出する反射型としたが、投光素子３から投光された光が操作者の手Ｈにより遮光されることによる受光量の変化により操作者の手Ｈの配置の有無を検出する遮光型としてもよい。なお、この場合、例えばケース２に操作者の手Ｈを挿入可能な凹部を設け、同凹部を挟んで投光素子３及び受光素子４を対向配置させる。

・上記実施の形態では、光学部材はプリズム５から構成されているがこのような態様に限定されず、例えば、投光素子３及び受光素子４の間の光路幅を拡大するレンズと、前記反射面を備えた反射部材を用いてもよい。

・上記実施の形態では、検出面５ｂは、平面状に形成され、ケース２の載置面２ｄと面一となっているが、平面上に形成されていなくともよく、また、ケース２の載置面２ｄに覆われていてもよい。なお、この場合、ケース（少なくとも載置面２ｄ）を光透過性材料から形成する。また、検出面５ｂは、操作スイッチ１のケース２の取付面２ｃに対して傾斜するように設定されているが、例えば、検出面５ｂは、操作スイッチ１のケース２の取付面２ｃに対して平行でもよい。

・上記実施の形態では、操作スイッチ１は、操作台Ｓの上面Ｓ１に取り付けられるとしたが、例えば側壁に取り付けられてもよい。

本実施の形態の操作スイッチの斜視図。 本実施の形態の操作スイッチの断面図。 本実施の形態の操作スイッチの平面図。 操作スイッチの電気的構成を説明するためのブロック図。 本実施の形態の操作スイッチの作用を説明するための説明図。

符号の説明

１…操作スイッチ、２…ケース、２ｃ…取付面、３…投光手段としての投光素子、４…受光手段としての受光素子、５…光学部材としてのプリズム、５ｂ…検出面、５ｃ…反射面、Ｈ…操作者の手。

Claims (6)

1. 光を出射する投光手段と光を受光する受光手段とを備え、前記投光手段と前記受光手段との間の光路上に操作者の手が配置されることによる前記投光手段から出射された光に基づく前記受光手段の受光量の変化により外部装置の作動状態を変更する操作スイッチであって、
   前記操作者の手を検出すべく所定面積を有する平面状の検出面を設けるとともに、前記投光手段からの光を前記検出面を介して出射し、前記検出面上に配置された前記操作者の手にて反射された反射光を前記検出面を介して前記受光手段に受光させる反射型にて構成されたことを特徴とする操作スイッチ。
2. 請求項１に記載の操作スイッチにおいて、
   前記投光手段からの光を前記検出面全体から出射させるとともに、
   前記検出面全体からの光を前記受光手段にて受光するように構成されたことを特徴とする操作スイッチ。
3. 請求項２に記載の操作スイッチにおいて、
   前記投光手段からの光を前記検出面の直交方向に出射させるとともに、
   前記検出面の直交方向に入射する光を前記受光手段にて受光するよう構成されたことを特徴とする操作スイッチ。
4. 請求項３に記載の操作スイッチにおいて、
   前記投光手段からの光の入射方向と直交する方向に反射させて前記検出面から出射させるとともに、前記検出面からの光の入射方向と直交する方向に反射させて前記受光手段に受光させる反射面を有する光学部材を備えたことを特徴とする操作スイッチ。
5. 請求項４に記載の操作スイッチにおいて、
   前記光学部材は、その内部に前記反射面を有するプリズムからなり、
   前記検出面は、前記プリズムの外側面にて構成されたことを特徴とする操作スイッチ。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載の操作スイッチにおいて、
   前記検出面は、操作スイッチのケースの取付面に対して傾斜するように設定されたことを特徴とする操作スイッチ。

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