(57)【要約】【課題】  利用者の手や指がドップラーセンサの前方を横断する動きを認識し、負荷を駆動する検知スイッチを提供する。【解決手段】  検知スイッチにおいて、電波ビームを複数の方向へ所定の切替順序および切替速度にて繰り返し放射し、各放射方向毎に被検知体の動きを周波数に換算し、順次検知信号として外部に出力するドップラーセンサ１１と、前記検知信号に基づいて、前記被検知体が前記ドップラーセンサ１１の前方を横断する動きを認識し、直接または間接的に負荷を駆動するための駆動信号を出力する負荷駆動手段３１と、を備える。【選択図】  図１
2009156830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）電波ビームを複数の方向へ所定の切替順序および切替速度にて繰り返し放射し、各放射方向毎に被検知体の動きを周波数に換算し、順次検知信号として外部に出力するドップラーセンサと、
（ｂ）前記検知信号に基づいて、前記被検知体が前記ドップラーセンサの前方を横断する動きを認識し、直接または間接的に負荷を駆動するための駆動信号を出力する負荷駆動手段と、
を備えたことを特徴とする検知スイッチ。
【請求項２】
前記ドップラーセンサは、送信波を発生する発振器と、前記送信波が直接供給される給電素子と、該給電素子が励振することにより励起される複数の無給電素子と、該複数の無給電素子に各々接続され、送信波の通過または遮断を選択できる複数の切替スイッチと、該複数の切替スイッチの切替順序および切替速度を制御する電波方向制御回路と、前記送信波と前方に放射された前記送信波が前記被検知体に衝突し反射して戻ってきた反射波との差分を抽出する検波器とを備えたことを特徴とする請求項１記載の検知スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、利用者が負荷を駆動するためのスイッチに係り、特に、電波ビームを利用した検知スイッチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、埋込型の配線器具として使用されるスイッチにおいて、電波ビームを利用したドップラーセンサを内蔵し、スイッチに接近する利用者の手や指の動きを検出して負荷を駆動するスイッチが提案されている。
【特許文献１】特開２００２−１６４７７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記した従来のスイッチは、内蔵したドップラーセンサにより、スイッチ前方へ電波ビームを照射し、ドップラーセンサに接近する利用者の手や指の動きに対し出力されたアナログ的な検知信号に基づいて負荷を駆動制御するようにしている。
【０００４】
しかしながら、スイッチ操作は用途に応じて様々であり、機械的に接点を接触させるスイッチについても押しボタン式とスライド式があるように、利用者の手や指がセンサに接近した動きを検知し負荷を駆動制御するスイッチだけでは全ての用途に対して対応できない。センサに接近する動きはボタンを押す動きに似ており、負荷のデジタル（例えば、ＯＮ／ＯＦＦ）操作に適用できる。一方、センサ前方を横断する動きはボリューム等をスライドさせる動きに似ており負荷のアナログ（例えば、増加・減少の調整）操作に適用できると考えられる。
【０００５】
従って、本発明は、利用者の手や指がドップラーセンサの前方を横断する動きを認識し、負荷を駆動する検知スイッチを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕検知スイッチにおいて、電波ビームを複数の方向へ所定の切替順序および切替速度にて繰り返し放射し、各放射方向毎に被検知体の動きを周波数に換算し、順次検知信号として外部に出力するドップラーセンサと、前記検知信号に基づいて、前記被検知体が前記ドップラーセンサの前方を横断する動きを認識し、直接または間接的に負荷を駆動するための駆動信号を出力する負荷駆動手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
〔２〕上記〔１〕記載の検知スイッチにおいて、前記ドップラーセンサは、送信波を発生する発振器と、前記送信波が直接供給される給電素子と、この給電素子が励振することにより励起される複数の無給電素子と、これらの複数の無給電素子に各々接続され、送信波の通過または遮断を選択できる複数の切替スイッチと、これらの複数の切替スイッチの切替順序および切替速度を制御する電波方向制御回路と、前記送信波と前方に放射された前記送信波が前記被検知体に衝突し反射して戻ってきた反射波との差分を抽出する検波器とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、利用者の手や指がドップラーセンサの前方を横断する動きを認識し、これにより負荷を駆動する検知スイッチを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の検知スイッチは、電波ビームを複数の方向へ所定の切替順序および切替速度にて繰り返し放射し、各放射方向毎に被検知体の動きを周波数に換算し、順次検知信号として外部に出力するドップラーセンサと、前記検知信号に基づいて、前記被検知体が前記ドップラーセンサの前方を横断する動きを認識し、直接または間接的に負荷を駆動するための駆動信号を出力する負荷駆動手段と、を備えた。
【実施例】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、本発明における検知スイッチについて説明する。
【００１１】
なお、以下の実施例における図面の基板の厚みやパターン寸法は説明の都合上、実際の形状とは異なる。
【００１２】
図１は、本発明の実施例を示す検知スイッチの回路構成を示すブロック図である。
【００１３】
本発明の検知スイッチは、検知エリア内における手や指、或いは足等の被検知体の動きを認識するためのセンシング手段として、電波ビームを複数の方向へ所定の切替順序および切替速度にて繰り返し放射し、各放射方向毎に被検知体の動きを周波数に換算し、それを検知信号として順次外部に出力するドップラーセンサ１１と、このドップラーセンサ１１から出力された検知信号に基づいて、被検知体がドップラーセンサ１１の前方を横断する動きを認識し、直接または間接的に負荷を駆動するための駆動信号を出力する負荷駆動手段３１を備えている。
【００１４】
ドップラーセンサ１１は、電波ビームとして前方に放射される送信波（高周波信号）を発生する発振器１２と、送信波が直接供給される給電素子２と、給電素子２が励振することにより励起される複数の無給電素子３ａ，３ｂと、これらの複数の無給電素子３ａ，３ｂに各々接続され送信波（高周波信号）の通過または遮断を選択できる複数の切替スイッチ８ａ，８ｂと、これらの各切替スイッチ８ａ，８ｂの切替順序および切替速度を制御する電波方向制御回路２１と、送信波と前方に放射された送信波が被検知体に衝突し反射して戻ってきた反射波との周波数の差分を抽出する検波器１４とを備えている。各無給電素子３ａ，３ｂに各々接続された切替スイッチ８ａ，８ｂの状態を適宜切り替えることにより、電波ビームを複数の方向へ放射することができる。また、ドップラーセンサ１１は陶器や樹脂を透過する性質を有している電波ビームを利用しているため、電波ビームが放射される放射面（アンテナ１３面）の前方に所定の間隔を設け、かつ、放射面と平行に配置される操作面４１〔図２（ｂ）参照〕の材質が陶器や樹脂であれば、送信波とほぼ同じ電波ビームの放射形態にて前方に電波ビームを放射できる。
【００１５】
電波方向制御回路２１は、各切替スイッチ８ａ，８ｂの切替順序および切替速度を制御するためのＣＰＵ（中央演算処理装置）（図示なし）と切替駆動回路（図示なし）とから構成され、ＣＰＵは予め設定された切替順序および切替速度に応じた切替信号が各切替スイッチ８ａ，８ｂに出力されるようにプログラミングされている。
【００１６】
負荷駆動手段３１は、ドップラーセンサ１１から出力された検知信号に基づいて、検知エリア内における被検知体の動きがドップラーセンサ１１の前方を横断する動きであることを判断する横断動作判断回路３２と、この横断動作判断回路３２で被検知体の動きがドップラーセンサ１１の前方を横断する動きであると判断されたとき駆動信号を出力する負荷駆動回路３３とを備えている。この負荷駆動手段によって、検知エリア内における被検知体の横断の動きを認識し、負荷を駆動するための駆動信号を有線または無線にて出力することができる。
【００１７】
この実施例では、ドップラーセンサ１１から出力された検知信号を比較し易いように、検知信号から必要な周波数成分のみを抽出するフィルタ回路、検知信号を増幅する信号増幅回路（１倍も含む）について詳細は記載していないが、必要に応じてドップラーセンサ１１や負荷駆動手段３１に備えれば良い。
【００１８】
図２は、本発明の実施例を示す検知スイッチの構成図であり、図２（ａ）はその正面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。
【００１９】
図２に示す検知スイッチは、内部の略全面に高周波信号（送信波）のグランドとして作用する接地電極４が形成された基板１をベースとしており、この基板１の表面には、送信波が直接供給される給電素子２と、この給電素子２にて励起される給電素子２と略同一形状の複数の無給電素子３ａ，３ｂが給電素子２の励振方向と直交する端辺と対向する位置に各々所定の間隔を空けて形成されている。そして、各無給電素子３ａ，３ｂの励振方向と直交し、かつ、給電素子２と隣接しない端辺の略中央部には薄膜の伝送線路６ａ，６ｂの各端が各々接続されている。給電素子２は使用周波数の約半波長〔λｇ／２（ここでλｇは基板１を伝搬する高周波信号の波長であり、また、真空中における高周波信号の電波の波長をλ、基板１の比誘電率をεｒとすると、λ＝εｒ1/2 ・λｇである。）〕の長さＬを少なくとも一辺にもつ矩形状の薄膜電極である。
【００２０】
基板１の裏面には、発振器１２と検波器１４と検知信号を増幅する信号増幅回路（図示なし）が配置され、金属ケース１５によりシールドされている。発振器１２（電界効果トランジスタと誘電体共振器を利用した送信波を生成）にて生成された送信波は給電孔５を介し、基板１の表面に形成された給電素子２に供給される。給電孔５はインピーダンスが５０Ωとなる給電素子２の内部のＬ１＜Ｌ２となる位置〔図２（ａ）参照〕に接続される。
【００２１】
また、基板１の裏面には、電波方向制御回路２１とこの電波方向制御回路２１から出力される切替信号により高周波信号（送信波）を通過または遮断する複数の切替スイッチ８ａ，８ｂを配置している。これらの切替スイッチ８ａの入力端は導通孔７ａを介し基板１表面に形成された伝送線路６ａの他端と、切替スイッチ８ｂの入力端は導通孔７ｂを介し基板１表面に形成された伝送線路６ｂの他端と各々接続され、各切替スイッチ８ａ，８ｂの出力端は接地電極４に接続されている。この切替スイッチ８ａ，８ｂは使用周波数において高周波信号（送信波）を通過または遮断できる機能を有していれば良く、ダイオードや電界効果トランジスタやバイポーラトランジスタ、トランジスタ等を複合し高機能化した半導体スイッチ（ＭＭＩＣ）、ＭＥＭＳスイッチ等を使用できる。例えば、各切替スイッチ８ａ，８ｂに電界効果トランジスタを用いた場合、各ドレイン端子を入力端として所定の長さに設定された伝送線路６ａ，６ｂの片端に、各ソース端子を出力端として接地電極４に各々接続した時、各ゲート端子に電波方向制御回路２１から出力された切替信号が入力されると、各切替スイッチ８ａ，８ｂは入力端から出力端へ高周波信号を通過または遮断されるように選択する。つまり、各切替スイッチ８ａ，８ｂが高周波信号を通過させる状態のときは各無給電素子３ａ，３ｂを導波器として、各切替スイッチ８ａ，８ｂが高周波信号を遮断する状態のときには各無給電素子３ａ，３ｂを反射器として、それぞれ独立して作用させることができる。
【００２２】
上記したように、各切替スイッチ（ＳＷ）８ａ，８ｂの状態を電波方向制御回路２１から出力される切替信号にて適宜切り替えることにより、電波ビームの放射方向を変えることができる。図２に示すように、無給電素子３ａを導波器（ＳＷ８ａ：ＯＮ）、無給電素子３ｂを反射器（ＳＷ８ｂ：ＯＦＦ）として作用させると電波ビームの放射方向はφ１へ、無給電素子３ａを反射器（ＳＷ８ａ：ＯＦＦ）、無給電素子３ｂを導波器（ＳＷ８ｂ：ＯＮ）として作用させると電波ビームの放射方向はφ２へ、無給電素子３ａを導波器（ＳＷ８ａ：ＯＮ）、無給電素子３ｂを導波器（ＳＷ８ｂ：ＯＮ）として作用させると電波ビームの放射方向は鉛直方向となるφ０へ放射され、電波ビームを複数の方向に切替えて放射させることができる。本実施例では、複数の切替スイッチ８ａ，８ｂを放射面とは反対側の基板１の裏面側に配置しているが、放射面となる基板１表面側に配置することも可能であり、この場合もほぼ同様のアンテナ性能を得ることができる。
【００２３】
図３は本発明における検知スイッチのドップラーセンサから出力される検知信号の模式図である。
【００２４】
例えば、電波ビームを放射方向φ１、放射方向φ０、放射方向φ２の順序で繰り返し、所定の速度で放射しているとき、放射方向φ１から放射方向φ２に向かい被検知体がドップラーセンサ１１の前方を横断すると、図３に示すような検知信号がドップラーセンサから出力される。この検知信号の周波数や電圧振幅値に基づいて、検知エリア内における被検知体の動きがドップラーセンサ１１の前方を横断する動きであるかを負荷駆動手段３１に備えた横断動作判断回路３２にて判断し、横断する動きと判断されたときは、負荷駆動回路３３から負荷を駆動するための駆動信号を出力する。
【００２５】
本発明によれば、被検知体がドップラーセンサ１１の前方を横断する動きを非接触にて容易に認識でき、直接または間接的に負荷を駆動することができる。
【００２６】
被検知体がドップラーセンサ１１の前方を横断する動きは、ボリューム等をスライドさせる動きに似ており、負荷のアナログ（例えば、増加・減少の調整）操作に本発明の検知スイッチを適用すると、利用者の使い慣れた操作感覚と合致しやすくなり操作性が向上すると考えられる。
【００２７】
また、電波ビームを複数の方向へ切替えて放射する機能を有しているため、複数のドップラーセンサを備えた場合と比較し、コンパクトで操作面４１〔図２（ｂ）参照〕の背後に設置しやすく、被検知体がドップラーセンサの前方を横断する動きを精度良く認識し負荷を駆動できる。
【００２８】
この実施例に記載した検知スイッチは、電波ビームを図２（ａ）の上下方向に切替えて放射しているため、上下方向の１軸において被検知体が横断する動きを認識し負荷を駆動するだけだが、給電素子の周囲に配置される無給電素子の数を増やすことで、さらに複数の方向への電波ビームの放射が可能になる。例えば、図２に示した検知スイッチのドップラーセンサ１１に、給電素子２の励振方向と平行する端辺と対向するように無給電素子をさらに２つ形成し、各々に切替スイッチを接続して電波方向制御回路により制御するようにすれば、電波ビームを図２（ａ）の上下左右方向に切替えて放射することが可能となり、上下左右方向の２軸において被検知体が横断する動きを認識し負荷を駆動できる。
【００２９】
なお、この実施例に記載した検知スイッチのドップラーセンサ１１は、給電素子２と無給電素子３ａ，３ｂから放射される電波ビームを空間にて結合させ電波ビームを傾ける、いわゆる空間ビーム形成方式を採用しているが、基板１の表面（放射面）に電力均等分配回路となる伝送線路にて互いに接続された複数の給電素子を形成し、各給電素子の給電点に接続される伝送線路の長さを切替スイッチ（ＳＰＤＴスイッチ等）により切替えて電波ビームを傾ける、いわゆるフェーズドアレイ方式を採用することもできる。但し、電波ビームの制御性や量産性（製造コスト）等を考慮すると、本発明で採用した空間ビーム形成方式を採用したドップラーセンサの方が好ましい。
【００３０】
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は本発明の説明のための例示にすぎず、本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱することなく、その他の様々な態様でも実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の検知スイッチは、利用者の手や指がドップラーセンサの前方を横断する動きを認識し、負荷を駆動する検知スイッチとして利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施例を示す検知スイッチの回路構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例を示す検知スイッチの構成図である。
【図３】本発明における検知スイッチのドップラーセンサから出力される検知信号の模式図である。
【符号の説明】
【００３３】
１    基板
２    給電素子
３ａ，３ｂ    無給電素子
４    接地電極
５    給電孔
６ａ，６ｂ    伝送線路
７ａ，７ｂ    導通孔
８ａ，８ｂ    切替スイッチ（半導体スイッチ）
１１    ドップラーセンサ
１２    発振器
１３    アンテナ
１４    検波器
１５    金属ケース
２１    電波方向制御回路
３１    負荷駆動手段
３２    横断動作判断回路
３３    負荷駆動回路
４１    操作面
【図１】
2009156830.tif 000003
【図２】
2009156830.tif 000004
【図３】
2009156830.tif 000005